EP3913804A1 - Surge protection element - Google Patents
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- H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
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Definitions
- the invention relates to overvoltage protection.
- Electrical devices usually have a nominal electrical voltage at which they are operated. If this nominal voltage is significantly exceeded, damage to the electrical device is possible. Exceeding the nominal voltage occurs, for example, due to a technical defect in the electrical device or some other component of the circuit of which the electrical device is a component. To protect the electrical device against such electrical voltages, fuses or circuit breakers are usually used.
- overvoltage protection is used, which is connected in parallel to the device to be protected.
- the overvoltage protection itself has, for example, a spark gap or a varistor.
- the overvoltage is diverted around the device to be protected, with an electric arc being generated, for example.
- the spark gap and the varistor are subject to aging effects, so that after a certain period of time the electrical voltage at which the overvoltage protection responds varies. Occurring overvoltages also lead to wear of the overvoltage protection. As a result, there is no guarantee that all overvoltages that could lead to damage to the device will always be intercepted by means of the overvoltage protection.
- the overvoltage protection must therefore be replaced after certain periods of time in order to ensure that it functions as intended.
- the invention is based on the object of specifying a particularly suitable overvoltage protection device as well as a particularly suitable use of an overvoltage protection device, wherein in particular safety is increased and manufacturing and / or operating costs are preferably reduced.
- the overvoltage protection has a first connection and a second connection.
- the overvoltage protection serves to avoid an (electrical) overvoltage between the first connection and the second connection.
- the overvoltage protection is expediently suitable, provided and / or set up for this.
- the overvoltage is, for example, an alternating voltage or a direct voltage.
- the overvoltage protection is suitable, in particular provided and set up, to protect (other) components with an (electrical) rated voltage from an overvoltage.
- the nominal voltage is preferably greater than or equal to 12 V, 24 V, 48 V, 100 V or 200 V.
- the maximum nominal voltage is 6kV, 5kV, 4.5kV, 4kV, 3kV, 2kV, 1,500 V, 1,200V, 1,100 V, 1,000 V, 900 V or 800 V.
- the overvoltage protection has a number of strings that are connected in parallel to one another.
- the strands are located between the two connections and are, for example, directly electrically connected to them.
- at least one of the connections is electrically connected to the strands via an additional component.
- one or more diodes are used as such a component.
- Such a component is expediently a B4 bridge.
- the overvoltage protection is thus designed to be bidirectional, this being done, for example, by means of the B4 bridge.
- the bidirectionality is provided by means of further components.
- the overvoltage protection is designed to be unidirectional.
- Each strand has a resistor, which is expediently an ohmic resistor.
- the respective resistor is connected between the first connection and a switching element, the switching element being part of the respective strand.
- each resistor is always arranged between the first connection and the respectively assigned switching element, which are thus electrically connected in series.
- each switching element it is possible to interrupt a current flow via the respective strand. In other words, when the switching element is switched on or off, the strand is electrically closed or disconnected.
- Each switching element has a control input, by means of which the respective switching element is actuated.
- the switching state of the respective switching element is thus changed in particular as a function of an electrical potential applied to the control input.
- By actuating the switching element it is thus possible to electrically close the respective strand so that a current flow between the two connections takes place via this strand.
- an electrical voltage is limited or an electrical current flow is set on the basis of the respectively assigned resistance.
- all switching elements are preferably actuated so that all strings are initially live.
- an electrical voltage between the two connections drops. If this is less than a certain value, in particular at least one of the strings is switched off, so that a current flow is divided between the remaining strings, which is why an electrical voltage between the two connections rises again, preferably to a value lower than the original overvoltage.
- the electrical voltage has again appropriately decreased, in particular another of the switching elements is actuated and thus the applied electrical voltage is increased, but the value is again lower than the overvoltage that led to the activation of the overvoltage protection. This is expediently continued until all switching elements are open.
- the overvoltage protection furthermore has a voltage divider which has a number that corresponds to the number of strings that are electrically connected in series Has resistance elements.
- the number of resistance elements is equal to the number of strands or is in a fixed relationship to this.
- the number of resistance elements is a certain value greater or less than the number of strings, in particular by 1.
- a tap is formed between each adjacent resistance element, and the voltage divider thus has one tap less than resistance elements. As a result, the individual taps and resistance elements are alternately connected in series with one another.
- the voltage divider is connected between the first connection and one of the control inputs. In other words, the ends of the voltage divider are led once to the first connection and the other time to the control input of one of the switching elements. Each tap on the voltage divider is connected to one of the remaining control inputs. Thus, each of the taps is assigned to exactly one of the control inputs and vice versa. In other words, one of the taps is assigned to one of the control inputs and vice versa.
- the switching elements are activated as a function of the respective overvoltage present between the two connections, the number of actuated switching elements corresponding to the value of the overvoltage. If this is comparatively large, in particular all switching elements are actuated first. Then, when the overvoltage between the two connections drops, that switching element which is connected to the end of the voltage divider and not to one of the taps is actuated and consequently opened due to the voltage divider. If the electrical voltage drops further, that switching element that is assigned to the first tap after the end of the voltage divider is switched off and so on. In this case, the resistance elements ensure that the individual switching elements are always actuated successively, even if the individual resistance elements have a comparatively large manufacturing tolerance.
- all resistors are structurally identical to one another, so that identical parts can be used. In this way, the manufacturing costs are further reduced.
- the individual resistors are different from one another, the resistance value of the resistors decreasing in particular as the distance between the tap of the voltage divider assigned to the respective assigned switching element and the first connection increases.
- the total resistance between the two connections increases disproportionately with subsequent actuation of the individual switching elements, so that the electrical voltage can be set comparatively precisely.
- the number of strings is preferably greater than or equal to 2, 3, 4 or 5. It is thus possible to use comparatively inexpensive components for the individual components of the strings, since only a comparatively low electrical voltage is applied to each due to the parallel connection. The electrical current carried is also comparatively low. Furthermore, a size is not excessively increased in this way. Alternatively, the number of strands is larger so that the cost of each of the components can be further reduced. The number of strands is particularly preferably less than 20, 18 or 15. Thus, the size is not excessively increased.
- the resistance elements are components that are different from one another or, particularly preferably, components that are similar to one another, the values of the components differing, for example.
- the resistive elements are or at least one of them is an ohmic resistor or a capacitor.
- one of the resistance elements, preferably all of the resistance elements is particularly preferably a Zener diode.
- the resistance elements are Zener diodes.
- the resistance elements are, for example, identical to one another or differ on the basis of the respective breakdown voltage. Since the resistance elements are Zener diodes, also referred to as Z diodes, the electrical voltage that leads to the switching of the respectively assigned switching element is constant, even if the electrical current flowing between the connections via the respective strand assumes different values.
- the switching elements are always actuated with the same electrical voltage assigned in each case, which is thus set by means of the voltage divider.
- the blocking direction of the Zener diodes is expediently directed in the direction of the first connection, so that the switching elements are actuated only when a certain electrical voltage is applied between the two connections. In other words, the flow of current from the first connection via the voltage divider is prevented if the electrical voltage is less than a specific value that is specified on the basis of the resistance elements.
- each tap is in direct electrical contact with the respectively assigned control input.
- a further component is arranged between each tap and the respectively assigned control input, for example a second diode.
- the second diode is expediently arranged in such a way that an electrical current flow from the control input to the tap is prevented. This prevents the individual switching elements from affecting other switching elements.
- a second resistor is connected between each tap and the respective control input.
- the second resistor is in particular an ohmic resistor.
- the respectively assigned switching element is protected on the basis of the second resistor.
- a second diode and / or a second resistor is preferably also connected between one of the ends of the voltage divider and the control input assigned to this end. so that this switching element is also protected or any reaction from it is prevented.
- each control input is not contacted with any other component of the overvoltage protection and is therefore only routed to the first connection - via the respectively assigned components.
- each control input or at least one of the control inputs is also routed to the second connection.
- a respective component is preferably connected between the respective control input and the second connection, particularly preferably a further resistance element.
- a reference potential is established so that the electrical voltage applied to each control input is relatively precisely defined, which leads to the switching of the respective switching element. Operational reliability is thus increased.
- the further resistance elements are ohmic resistors.
- these are particularly preferably designed as Zener diodes, also referred to as Zener diodes.
- the blocking direction is in particular such that a current flow from the respective control input to the second connection is prevented as long as a specific electrical voltage is not exceeded.
- the respective switching element is also protected against an excessively applied electrical voltage. Operational reliability is thus further increased. This also ensures that the switching elements are always actuated when the overvoltage is present between the connections.
- the individual switching elements are different from one another or implemented using different types of switches.
- at least one or all of the switching elements is implemented by means of relays.
- the switching elements are particularly preferably semiconductor switches, so that maintenance is simplified. The formation of an arc during actuation is also avoided. Since this only occurs in the event of an overvoltage, i.e. only if there is an overvoltage or at least a certain one between the two connections If electrical voltage is present, live, electrical losses that occur are only temporary and therefore limited.
- the switching elements are IGBTs, IGCTs or GTOs.
- the switching elements are particularly preferably field effect transistors and particularly preferably MOSFETs. These are comparatively inexpensive and available in different performance classes, so that the area of application of the surge protection is increased. These also each have a freewheeling diode, so that operation of the overvoltage protection is simplified.
- the overvoltage protection is designed without varistors and thus varistor-free. Manufacturing costs are thus reduced, and aging of the overvoltage protection is also essentially prevented.
- a varistor is connected in parallel to one of the switching elements.
- the varistor is in particular connected in parallel to the switching element, the control input of which is led to the first connection via only a single one of the resistance elements or at least the smallest number of resistance elements.
- the varistor is thus connected in parallel to the switching element which is the last to open when the overvoltage is reduced. Due to the varistor, any electrical voltage that remains due to the actuation of the switching element is reduced so that the overvoltage protection is transferred to an essentially currentless state after operation.
- a further capacitor is connected in parallel to this switching element, and thus also to the varistor, if any, so that a voltage spike in the electrical voltage applied to the switching element due to the disconnection of the last switching element is avoided.
- a diode is preferably connected in parallel with the further capacitor / the varistor / this switching element, so that the formation of an oscillating circuit by means of the possible further capacitor and the varistor is avoided.
- the diode is, for example, a TVS diode (suppressor diode) or a Zener diode.
- each switching element is electrically connected to the second connection via a respective further switching element.
- the further switching element is connected in such a way that that this is actuated as a function of an electrical voltage occurring across the respectively assigned switching element.
- the further switching element is actuated when the electrical voltage dropping across the assigned switching element fulfills a certain condition, in particular exceeds a certain value.
- the respective further switching element is actuated and closed when the electrical voltage that arises is greater than the specific value. As a result, the assigned switching element is opened, so that an electrical current flow is prevented via this.
- the switching element or elements are designed as a semiconductor switch / MOSFET, a slightly changing electrical voltage applied to the respective control input leads to an increase in the internal resistance, although an electrical current initially flows.
- a further switching element is suitably assigned to each of the switching elements.
- only the control input of one or a part of the switching elements is connected to the second connection by means of a respective further switching element.
- the respective control input is expediently separated from the respective second connection or only connected to it via any further resistance element.
- the further switching element is a field effect transistor.
- the further switching element is designed as a MOSFET.
- the further switching element is, for example, identical in construction to the switching element.
- the further switching element is particularly preferably suitable for lower (electrical) voltages than the respective switching element, so that a more cost-effective component can be used.
- the activation of the further switching element takes place, for example, by means of suitable components.
- the overvoltage protection particularly preferably has an additional switching element which comprises an additional control input.
- the additional switching element is actuated as a function of the electrical potential applied to the additional control input.
- the further control input is led to the second connection in particular via the additional switching element. It is thus possible, by actuating the additional switching element, to actuate the further switching element and therefore the switching element assigned to it.
- an electrical voltage required to control the additional switching element is lower than for the further switching element, which is why comparatively inexpensive components can be used.
- the additional switching element is a transistor, which further reduces manufacturing costs.
- the additional control input is in particular led against a first additional resistor and a second additional resistor, which, for example, are electrically connected in series with one another.
- the first additional resistor and the second additional resistor are electrically contacted with one another and with the additional control input.
- the two additional resistors are expediently ohmic resistors, which is why manufacturing costs are reduced. Dimensioning and design of the overvoltage protection are also simplified in this way.
- an additional voltage divider is provided, by means of which the respectively assigned switching element is bridged.
- the second additional resistor is routed to the second connection.
- the first additional resistor is in electrical contact with the first connection, in particular via the resistor of the strand assigned to it.
- the additional control input is therefore routed to the first connection via the first additional resistor and the resistance of the strand assigned to it and to the second connection via the second additional resistor.
- a diode is suitably arranged between the first additional resistor and the respective resistor, so that an electrical current flow only in a single one Direction, expediently from the first additional resistance to the respective resistance, is possible. As a result, feedback and unwanted effects are avoided.
- the second additional resistor is bridged with an additional capacitor.
- the additional switching element is switched on and switched off with a delay, which is why only brief excessive voltages on the respectively assigned switching element do not lead to an actuation of the additional switching element and therefore the further switching element and thus the respective switching element.
- overvoltage protection reliability is increased.
- the additional control input is routed to the first connection via the first additional resistor and one of the resistor elements.
- no further components are arranged between the resistance element and the first additional resistance element.
- at least one diode is arranged between these, by means of which an electrical current flow from the first additional resistor to the resistance element is prevented.
- an ohmic resistor is arranged between the first additional resistor and the resistor element, so that different resistors are connected in series. Thus, protection is improved.
- these are preferably routed to the first connection via a common resistance element of the voltage divider.
- the common resistance element is not part of the voltage divider, and the voltage divider is led to the first connection via this resistance element.
- the further control input is routed to the second connection via a further Zener diode.
- the additional switching element (s) is thus bridged by means of the further Zener diode, so that there is always one
- the electrical voltage is diverted if it is greater than the breakdown voltage of the additional Zener diode.
- the additional switching element is protected by means of the further Zener diode. This also ensures that the further switching element is switched on accordingly, so that it is actuated accordingly. Therefore, security is increased.
- the further control input is routed to the first connection via a further diode.
- the electrical potential present at the further control input is therefore dependent on the electrical potential of the first connection, so that, if necessary, a corresponding control of the further switching element can take place.
- the further control input is preferably also routed to the second connection via the further Zener diode, so that the electrical voltage present between the connections is taken into account when the further switching element is activated.
- the reverse direction of the further diode is preferably opposite to the reverse direction of the Zener diode.
- An additional component for example one of the resistance elements of the voltage divider, is preferably connected between the further diode and the first connection so that the full electrical potential applied to the first connection is not applied to the further control input, which is why, in particular, the further switching element is not actuated at the same time and the switching element takes place.
- these are preferably routed to the first connection via a common resistance element.
- the common resistance element is part of the voltage divider, for example.
- the voltage divider is routed to the first connection via the common resistance element, or the common resistance element is independent of the voltage divider.
- the further control input is particularly preferably routed to the first connection via a further resistor.
- the further resistor is expediently an ohmic resistor, which reduces manufacturing costs.
- the value of the further resistor is preferably greater than the value of the resistance of the strand. Therefore, there is no simultaneous actuation of the further switching element and the switching element assigned to it.
- the further switching element is also protected by means of the further resistor.
- the further Zener diode is suitably present so that a (further) voltage divider is formed at least partially.
- the overvoltage protection is used to secure a device to be protected against an overvoltage and / or an impulse current.
- the overvoltage protection is used to protect the device to be protected, in particular for electrical protection.
- An overvoltage on the device to be protected or a pulse current flowing through the device to be protected is preferably avoided by means of the overvoltage protection.
- the overvoltage / impulse current occurs independently of the overvoltage protection and the device to be protected, in particular due to an external event such as a lightning strike.
- the overvoltage / pulse current is such that it would damage the device to be protected, and the overvoltage protection device is expediently used to limit the electrical voltage applied to the device to be protected.
- the surge arrester preferably functions as an arrester and is, for example, an surge arrester and / or lightning current arrester.
- the device to be protected is, for example, a switch or has at least one switch.
- the switch is a semiconductor switch, a relay or has both, which are connected in parallel to one another, for example.
- the overvoltage protection by means of the overvoltage protection, an overvoltage that is present when the switch is switched on or when the switch is switched off is avoided or at least reduced.
- the device to be protected is, for example, a cell phone mast or some other electrical device.
- the overvoltage protection has a first connection and a second connection, between which a number of strings are connected in parallel to one another, each string comprising a resistor, which between the first Connection and a switching element having a control input is connected. Furthermore, the overvoltage protection comprises a voltage divider which is connected between one of the control inputs and the first connection and which has a number of resistance elements electrically connected in series that corresponds to the number of strings. A tap is formed between adjacent resistance elements, each tap being led to one of the remaining control inputs.
- the device to be protected is connected between the first connection and the second connection and thus bridged by the overvoltage protection or at least by means of the strings.
- the strings are connected in parallel to the device to be protected.
- the invention also relates to such an interconnection of a device to be protected with overvoltage protection.
- the surge protector is used to pre-charge a main capacitor.
- the overvoltage protection has a first connection and a second connection, between which a number of strings are connected in parallel to one another, each strand comprising a resistor which is connected between the first connection and a switching element having a control input. Furthermore, the overvoltage protection comprises a voltage divider which is connected between one of the control inputs and the first connection and which has a number of resistance elements electrically connected in series that corresponds to the number of strings. A tap is formed between adjacent resistance elements, each tap being led to one of the remaining control inputs.
- the main capacitor is electrically connected in series with the strands, preferably for complete overvoltage protection. In other words, one of the connections of the main capacitor is in electrical contact with the first or the second connection. Because of the overvoltage protection, when a circuit having the main capacitor is switched on, the overvoltage protection is used to precharge the main capacitor, so that an electrical current flow and an electrical current flow in the circuit Voltage caused by the main capacitor. An unlimited voltage / current flow would, for example, damage other components of the circuit or trigger a circuit breaker or a fuse by means of which the circuit is protected. The overvoltage protection prevents tripping and protects the other components of the circuit from overload.
- the main capacitor is, for example, an intermediate circuit capacitor of a converter, and the pre-charging is carried out, for example, before commissioning or for commissioning the converter.
- the invention also relates to such an interconnection of a main capacitor with overvoltage protection.
- the first pole 6 is connected to a main capacitor 14 via a switch 10, which represents a device 12 to be protected.
- the main capacitor 14 is part of a converter (not shown in detail) and is connected to the second pole 8 of the DC voltage source 4. As a result, the main capacitor 14 is electrically connected in series with the device 12 to be protected.
- the device 12 to be protected is bridged by means of an overvoltage protection 16, which has a first connection 18 and a second connection 20.
- the device 12 to be protected is connected between the first connection 18 and the second connection 20.
- the overvoltage protection 16 is also electrically connected in series with the main capacitor 14.
- the overvoltage protection 16 is used to protect the device 12 to be protected against an overvoltage. If the device 12 to be protected has an electrical voltage that is greater than a certain value, the overvoltage protection 16 is activated so that it is at least partially live. As a result, the electrical voltage applied between the two connections 18, 20 is limited, and damage to the device 12 to be protected is prevented.
- the overvoltage occurs, for example, when the switch 10 is actuated, i.e. if an electrical current flow between the first pole 6 and the second pole 8 is to be interrupted, the current flow being at least partially maintained due to an inductance of the interconnection 2 not shown in detail.
- the overvoltage protection 16 is also used to protect the device 12 to be protected against a pulse current, i.e. if an excessive electrical current occurs in the circuit 2 due to a lightning strike or other external influences, which is not caused by the direct current source 4 and which would otherwise lead to the destruction of the device 12 to be protected, that is to say the switch 10.
- the overvoltage protection 16 is used to precharge the main capacitor 14. If the switch 10 is closed for start-up, that is to say when the main capacitor 14 is not charged, a comparatively large electrical current is carried through it, and a comparatively large electrical voltage drops. In this case, the overvoltage protection 16 is also activated, so that the electrical voltage applied to the device 12 to be protected, that is to say the switch 10, is not equal to the electrical voltage applied between the two poles 6, 8. Only when the main capacitor 14 is at least partially charged due to the electrical current flow reduced by means of the overvoltage protection 16 is the overvoltage protection 16 deactivated, so that the remaining charging of the main capacitor 14 then takes place via the switch 10. In order to precharge the main capacitor 14, the switch 10 in particular is not closed, but the electrical current is essentially only conducted by means of the overvoltage protection 16.
- FIG. 2 a circuit diagram of the overvoltage protection 16 is shown, which has the first connection 18 and the second connection 20.
- the switch 10 which comprises a line semiconductor switch 22, is connected between these.
- a main varistor 24 is connected in parallel to the power semiconductor switch 22, which is actuated by means of a controller 26 as a function of current requirements.
- the main varistor 24 serves to provide additional security in the event that the overvoltage protection 16 should be defective.
- the overvoltage protection 16 has a number of strings 28 which are connected in parallel to one another and between the first connection 18 and the second connection 20.
- the strands 28 are thus also electrically connected in series with the main capacitor 14.
- Each of the strands 28 has a resistor 30 which is designed as an ohmic resistor.
- each strand 28 has a Switching element 32 with a control input 34.
- the switching elements 32 are designed throughout as MOSFETs, and the resistors 30 are ohmic resistors. In an alternative, IGBTs are used as switching elements 32.
- Each control input 34 is routed to the second connection 20 via a further resistance element 36 in the form of a Zener diode.
- a second further resistor 40 which is an ohmic resistor, is connected in parallel with the further resistance element 36.
- the second further resistor 40 is bridged in each case by means of a further switching element 42, which in each case has a further control input 44.
- Each further control input 44 is led to the second connection 20 via a further Zener diode 46.
- a current flow to the second connection 20 is only possible when the applied electrical voltage on the respective further resistance element 36 or on the respective further Zener diode 46 is greater than the respective breakdown voltage.
- Each further Zener diode 46 is also bridged by means of an additional switching element 48 in the form of a transistor, each of which has an additional control input 50.
- the additional control input 50 is routed to the second connection 20 via a second additional resistor 52, the second additional resistor 52 being bridged by means of an additional capacitor 54.
- each additional control input 50 is routed to the first connection 18 via a first additional resistor 56 and the resistor 30 of the strand 28 assigned to the switching element 32, which is connected to the assigned further switching element 42 and the additional switching element 48.
- a diode 58 arranged between the first additional resistor 46 and the respective resistor 30, a current flow from the strand 28 to the additional control input 50 and thus an overload of the respective additional switching element 48 is prevented.
- the overvoltage protection 16 also has a voltage divider 60, which has a number of resistance elements 62 which corresponds to the number of strings 28 and which are electrically connected in series.
- the number of resistance elements 62 is equal to the number of strands 28 and thus three.
- Taps 64 are formed between adjacent resistance elements 62, so that a total of two taps 64 are present.
- the voltage divider 60 is led to the first connection 18 via a common resistance element 66.
- the remaining end of the voltage divider 60 is led via a second diode 68 and a second resistor 70 to the control input 34 of one of the switching elements 32.
- the taps 64 are also routed to one of the control inputs 34 via a second diode 68 and a second resistor 70.
- the resistance elements 62 and the common resistance element 66 are each designed as Zener diodes.
- Each control input 34 is routed to the first connection 18 via a further diode 72 and a respective further resistor 74 as well as the common resistor element 66.
- a current flow from the further control inputs 44 to the first connection 18 is prevented.
- Each additional control input 50 is also contacted via a first additional diode 76 as well as a common second additional diode 78, a common third additional resistor 80 and via the common resistance element 66 to the first connection 18.
- a total of three first additional diodes 76, but only a single second additional diode 78 and a single third additional resistor 80 are present.
- Parallel to the Three series connections each of one of the second additional resistors 52, one of the first additional resistors 56 and one of the first additional diodes 76, an additional Zener diode 82 is connected, with a current flow from the second connection 20 to the first connection 18 always due to its reverse direction is possible.
- a varistor 84 is connected in parallel to one of the switching elements 32, namely the one whose control input 34 is connected to the first connection 18 via the smallest number of resistance elements 62, to which a further capacitor 86 is in turn connected in parallel. Furthermore, a second resistor element 88 is connected in parallel to the further capacitor 86 and thus also to the varistor 84.
- the second resistance element 88 is a Zener diode in this embodiment.
- the overvoltage protection 16 is partially shown in simplified form in order to explain part of the mode of operation. Essentially, only the strands 28 and the voltage divider 60 with the resistance elements 62 and the taps 64 are shown here. If an overvoltage or some other excessive electrical voltage occurs between the two connections 18, 20, a successively reduced electrical voltage drops at all of the taps 64 and at the end of the voltage divider 60. As a result, the control inputs 34 of the switching elements are provided with an electrical potential, so that the switching elements 32 are placed in the electrically conductive state. As a result, all of the strands 28 are electrically conductive, which is why an electrical current can flow between the connections 18, 20 via the strands 28, so that the electrical voltage between the connections 18, 20 is reduced. In this case, electrical energy is converted by means of the resistors 30, which is why the electrical voltage is further reduced.
- the resistance element 62 of the voltage divider 60 that is furthest apart from the first connection 18 is lower than its breakdown voltage. Consequently the switching element 32 led towards the end of the voltage divider 60 is placed in the electrically non-conductive state, which is why this strand 28 is no longer conductive. If the electrical voltage applied between the terminals 18, 20 drops further, the electrical voltage falling across the resistance element 62 arranged between the two taps 64 is lower than its breakdown voltage, which is why another strand 28 is no longer conductive. Thus, the electrical voltage present between the terminals 18, 20 is gradually reduced due to the resistors 30, the electrical current flow also being reduced.
- the voltage divider 60 and each of the further resistance elements 36 acts as a respective voltage divider in each of the switching elements 32. Since the resistance elements 62 are Zener diodes, the switching elements 32 are actuated when the electrical voltage is essentially always the same, regardless of the respective electrical current. The second diodes 68 ensure that any reaction between the individual strands 28 is prevented. The switching elements 32 are protected by means of the second resistors 70.
- the additional Zener diode 46 ensures that the additional switching element 42 is only put into the electrically conductive state when the additional switching element 48 is actuated.
- the further resistor 74 is used to protect the further switching element 42, and the further diode 72 prevents undesired reaction.
- the resistance element 66 ensures that the additional switching element 48 is in the electrically non-conductive state if there is insufficient electrical voltage across the switching element 32.
- the additional switching element 48 and therefore also the further switching element 42 are actuated as a function of the electrical voltage occurring across the respectively assigned switching element 32. Because of the additional capacitor 54, the additional switching element 48 is switched on with a delay, so that brief voltage peaks do not lead to the switching element 32 being switched off prematurely.
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz (16), mit einem ersten Anschluss (18), und mit einem zweiten Anschluss (20), zwischen denen eine Anzahl an Strängen (28) zueinander parallel geschaltet ist. Jeder Strang (28) umfasst einen Widerstand (30), der zwischen den ersten Anschluss (18) und ein einen Steuereingang (34) aufweisendes Schaltelement (32) geschaltet ist. Der Überspannungsschutz (16) weist einen Spannungsteiler (60) auf, der zwischen einen der Steuereingänge (34) und den ersten Anschluss (18) geschaltet ist, und der eine zu der Anzahl an Strängen (28) korrespondierende Anzahl an elektrisch in Reihe geschalteten Widerstandselementen (62) aufweist. Zwischen benachbarten Widerstandselementen (62) ist jeweils ein Abgriff (64) gebildet, wobei jeder Abgriff (64) gegen jeweils einen der verbleibenden Steuereingänge (34) geführt ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Überspannungsschutzes (16).The invention relates to an overvoltage protection device (16) having a first connection (18) and a second connection (20), between which a number of strings (28) are connected in parallel to one another. Each strand (28) comprises a resistor (30) which is connected between the first connection (18) and a switching element (32) having a control input (34). The overvoltage protection (16) has a voltage divider (60) which is connected between one of the control inputs (34) and the first connection (18), and the number of resistance elements electrically connected in series corresponding to the number of strings (28) (62). A tap (64) is formed between adjacent resistance elements (62), each tap (64) being led to one of the remaining control inputs (34). The invention also relates to the use of an overvoltage protection device (16).
Description
Die Erfindung betrifft einen Überspannungsschutz.The invention relates to overvoltage protection.
Elektrische Geräte weisen üblicherweise eine elektrische Nennspannung auf, bei der diese betrieben werden. Sofern diese Nennspannung signifikant überstiegen wird, ist eine Beschädigung des elektrischen Geräts möglich. Ein Übersteigen der Nennspannung tritt beispielsweise aufgrund eines technischen Defekts des elektrischen Geräts oder eines sonstigen Bestandteils des Stromkreises auf, dessen Bestandteil das elektrische Gerät ist. Zur Absicherung des elektrischen Geräts gegenüber derartigen elektrischen Spannungen werden üblicherweise Sicherungen oder Schutzschalter verwendet.Electrical devices usually have a nominal electrical voltage at which they are operated. If this nominal voltage is significantly exceeded, damage to the electrical device is possible. Exceeding the nominal voltage occurs, for example, due to a technical defect in the electrical device or some other component of the circuit of which the electrical device is a component. To protect the electrical device against such electrical voltages, fuses or circuit breakers are usually used.
Ferner ist es erforderlich, dass elektrische Geräte gegen eine Überspannung gesichert werden, die beispielsweise aufgrund eines Blitzschlages in eine Leitung des Stromkreises oder das elektrische Gerät selbst entstehen. Auch ist es möglich, dass innerhalb des Stromkreises aufgrund einer induktiven Kopplung eines Bestandteils des Stromkreises mit einem Blitz eine derartige Überspannung entsteht. Zudem können aufgrund von elektromagnetischen Pulsen (EMP) oder aufgrund elektrostatischer Entladungen (ESD) sowie Schaltvorgängen in dem Stromkreis derartige Überspannungen entstehen, die zu einer Beschädigung des Geräts führen können. Derartige Überspannungen übersteigen in einem vergleichsweise großen Maß die Nennspannung. Auch entstehen die Überspannungen aufgrund externer Ereignisse und sind daher durch das elektrische Gerät nicht beeinflussbar und können deswegen nicht vermieden werden.Furthermore, it is necessary that electrical devices are secured against overvoltage that may arise, for example, due to a lightning strike in a line of the circuit or the electrical device itself. It is also possible that such an overvoltage arises within the circuit due to an inductive coupling of a component of the circuit with a lightning bolt. In addition, due to electromagnetic pulses (EMP) or due to electrostatic discharges (ESD) as well as switching processes in the circuit, such overvoltages can occur, which can lead to damage to the device. Such overvoltages exceed the nominal voltage to a comparatively large extent. The overvoltages also arise due to external events and can therefore not be influenced by the electrical device and can therefore not be avoided.
Zur Absicherung des elektrischen Geräts gegen Überspannungen wird ein Überspannungsschutz herangezogen, der parallel zu dem zu schützenden Gerät geschaltet wird. Der Überspannungsschutz selbst weist beispielsweise eine Funkenstrecke oder einen Varistor auf. Hierbei wird die Überspannung um das zu schützende Gerät herumgeleitet, wobei beispielsweise ein Lichtbogen erzeugt wird. Die Funkenstrecke und der Varistor unterliegen Alterungseffekten, sodass nach einer bestimmten Zeitdauer die elektrische Spannung variiert, ab der der Überspannungsschutz anspricht. Auch führen auftretende Überspannungen zu einem Verschleiß des Überspannungsschutzes. Infolgedessen ist nicht sichergestellt, dass sämtliche Überspannungen, die zu einer Beschädigung des Geräts führen könnten, stets mittels des Überspannungsschutzes abgefangen werden. Somit muss der Überspannungsschutz nach bestimmten Zeitspannen ausgetauscht werden, um eine bestimmungsgemäße Funktionsweise zu gewährleisten.To protect the electrical device against overvoltages, overvoltage protection is used, which is connected in parallel to the device to be protected. The overvoltage protection itself has, for example, a spark gap or a varistor. In this case, the overvoltage is diverted around the device to be protected, with an electric arc being generated, for example. The spark gap and the varistor are subject to aging effects, so that after a certain period of time the electrical voltage at which the overvoltage protection responds varies. Occurring overvoltages also lead to wear of the overvoltage protection. As a result, there is no guarantee that all overvoltages that could lead to damage to the device will always be intercepted by means of the overvoltage protection. The overvoltage protection must therefore be replaced after certain periods of time in order to ensure that it functions as intended.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Überspannungsschutz als auch eine besonders geeignete Verwendung eines Überspannungsschutzes anzugeben, wobei insbesondere eine Sicherheit erhöht und vorzugsweise Herstellungs- und/oder Betriebskosten gesenkt sind.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable overvoltage protection device as well as a particularly suitable use of an overvoltage protection device, wherein in particular safety is increased and manufacturing and / or operating costs are preferably reduced.
Hinsichtlich des Überspannungsschutzes wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich der Verwendung einerseits durch die Merkmale des Anspruchs 9 und andererseits durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.With regard to overvoltage protection, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1, with regard to use on the one hand by the features of claim 9 and on the other hand by the features of
Der Überspannungsschutz weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Dabei dient der Überspannungsschutz der Vermeidung einer (elektrischen) Überspannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss. Hierfür ist der Überspannungsschutz zweckmäßigerweise geeignet, vorgesehen und/oder eingerichtet. Die Überspannung ist beispielsweise eine Wechselspannung oder eine Gleichspannung. Beispielsweise ist der Überspannungsschutz geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, (andere) Bauteile mit einer (elektrischen) Nennspannung vor einer Überspannung zu schützen. Die Nennspannung ist vorzugsweise größer oder gleich 12 V, 24 V, 48 V, 100 V oder 200 V. Beispielsweise ist die maximale Nennspannung 6kV, 5kV, 4,5kV, 4kV, 3kV, 2kV, 1.500 V, 1.200V, 1.100 V, 1.000 V, 900 V oder 800 V.The overvoltage protection has a first connection and a second connection. The overvoltage protection serves to avoid an (electrical) overvoltage between the first connection and the second connection. The overvoltage protection is expediently suitable, provided and / or set up for this. The overvoltage is, for example, an alternating voltage or a direct voltage. For example, the overvoltage protection is suitable, in particular provided and set up, to protect (other) components with an (electrical) rated voltage from an overvoltage. the The nominal voltage is preferably greater than or equal to 12 V, 24 V, 48 V, 100 V or 200 V. For example, the maximum nominal voltage is 6kV, 5kV, 4.5kV, 4kV, 3kV, 2kV, 1,500 V, 1,200V, 1,100 V, 1,000 V, 900 V or 800 V.
Der Überspannungsschutz weist eine Anzahl an Strängen auf, die zueinander parallel geschaltet sind. Hierbei befinden sich die Stränge zwischen den beiden Anschlüssen und sind beispielsweise mit diesen elektrisch direkt verbunden. Alternativ hierzu ist zumindest einer der Anschlüsse, beispielsweise beide, über ein zusätzliches Bauteil mit den Strängen elektrisch verbunden. Insbesondere wird als derartiges Bauteil eine oder mehrere Dioden herangezogen. Zweckmäßigerweise ist ein derartiges Bauteil eine B4-Brücke. Infolgedessen ist es möglich, den Überspannungsschutz bidirektional zu betreiben. Insbesondere ist der Überspannungsschutz somit bidirektional ausgestaltet, wobei dies zum Beispiel mittels der B4-Brücke erfolgt. Alternativ hierzu erfolgt die Bereitstellung der Bidirektionalität mittels weiterer Bestandteile. In einer Alternative hierzu ist der Überspannungsschutz unidirektional ausgestaltet.The overvoltage protection has a number of strings that are connected in parallel to one another. Here, the strands are located between the two connections and are, for example, directly electrically connected to them. As an alternative to this, at least one of the connections, for example both, is electrically connected to the strands via an additional component. In particular, one or more diodes are used as such a component. Such a component is expediently a B4 bridge. As a result, it is possible to operate the overvoltage protection bidirectionally. In particular, the overvoltage protection is thus designed to be bidirectional, this being done, for example, by means of the B4 bridge. Alternatively, the bidirectionality is provided by means of further components. In an alternative to this, the overvoltage protection is designed to be unidirectional.
Jeder Strang weist jeweils einen Widerstand auf, der zweckmäßigerweise ein ohmscher Widerstand ist. Der jeweilige Widerstand ist dabei zwischen den ersten Anschluss und ein Schaltelement geschaltet, wobei das Schaltelement ein Bestandteil des jeweiligen Strangs ist. Somit sind genauso viele Widerstände wie Schaltelemente vorhanden, und es sind genauso viele Widerstände und Schaltelemente wie Stränge vorhanden. Hierbei ist jeder Widerstand stets zwischen dem ersten Anschluss und dem jeweils zugeordneten Schaltelement angeordnet, die somit elektrisch in Reihe geschaltet sind. Mittels jedes Schaltelements ist es dabei möglich, einen Stromfluss über den jeweiligen Strang zu unterbrechen. Mit anderen Worten wird bei Ein- oder Ausschalten des Schaltelements der Strang elektrisch geschlossen bzw. aufgetrennt.Each strand has a resistor, which is expediently an ohmic resistor. The respective resistor is connected between the first connection and a switching element, the switching element being part of the respective strand. As a result, there are just as many resistors as there are switching elements, and there are just as many resistors and switching elements as there are strings. In this case, each resistor is always arranged between the first connection and the respectively assigned switching element, which are thus electrically connected in series. By means of each switching element it is possible to interrupt a current flow via the respective strand. In other words, when the switching element is switched on or off, the strand is electrically closed or disconnected.
Jedes Schaltelement weist einen Steuereingang auf, mittels dessen eine Betätigung des jeweiligen Schaltelements erfolgt. Somit wird insbesondere in Abhängigkeit eines an dem Steuereingang anliegenden elektrischen Potentials der Schaltzustand des jeweiligen Schaltelements verändert. Mittels Betätigung des Schaltelements ist es somit möglich, den jeweiligen Strang elektrisch zu schließen, sodass ein Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen über diesen Strang erfolgt. Infolgedessen wird aufgrund des jeweils zugeordneten Widerstands eine elektrische Spannung begrenzt bzw. ein elektrischer Stromfluss eingestellt.Each switching element has a control input, by means of which the respective switching element is actuated. The switching state of the respective switching element is thus changed in particular as a function of an electrical potential applied to the control input. By actuating the switching element it is thus possible to electrically close the respective strand so that a current flow between the two connections takes place via this strand. As a result, an electrical voltage is limited or an electrical current flow is set on the basis of the respectively assigned resistance.
Aufgrund der Parallelschaltung der einzelnen Stränge ist es daher möglich, die zwischen den beiden Anschlüssen anfallende elektrische Spannung zu begrenzen und somit die Überspannung zwischen den beiden Anschlüssen zu verhindern. Hierbei ist es möglich, mittels Auswahl der jeweiligen Stränge die zwischen den Anschlüssen anliegende elektrische Spannung einzustellen. So erfolgt dann, wenn alle Stränge elektrisch leitfähig sind, was mittels Ansteuerung der jeweiligen Schaltelemente eingestellt wird, eine Aufteilung des Stromflusses über sämtliche Stränge, weswegen die Überspannung zwischen den beiden Anschlüssen verringert ist. Mittels sukzessiven Abschaltens der einzelnen Stränge, also Betätigung der einzelnen Schaltelemente, wird der Stromfluss reduziert und somit insbesondere eine zwischen den Anschlüssen anliegende elektrische Spannung erhöht.Due to the parallel connection of the individual strings, it is therefore possible to limit the electrical voltage occurring between the two connections and thus prevent the overvoltage between the two connections. It is possible to set the electrical voltage between the connections by selecting the respective strings. If all strings are electrically conductive, which is set by activating the respective switching elements, the current flow is divided over all strings, which is why the overvoltage between the two connections is reduced. By successively switching off the individual strings, that is to say actuating the individual switching elements, the current flow is reduced and thus in particular an electrical voltage applied between the connections is increased.
Vorzugsweise werden dabei dann, wenn zwischen den Anschlüssen eine Überspannung anliegt, zunächst sämtliche Schaltelement betätigt, sodass sämtliche Stränge zunächst stromführend sind. Infolgedessen sinkt eine elektrische Spannung zwischen den beiden Anschlüssen ab. Wenn diese geringer als ein bestimmter Wert ist, wird insbesondere zumindest einer der Stränge abgeschaltet, sodass ein Stromfluss auf die verbleibenden Stränge aufgeteilt wird, weswegen eine elektrische Spannung zwischen den beiden Anschlüssen erneut ansteigt, bevorzugt auf einen geringeren Wert als die ursprüngliche Überspannung. Dann, wenn die elektrische Spannung wiederum geeignet abgesunken ist, wird insbesondere ein weiteres der Schaltelemente betätigt und somit die anliegende elektrische Spannung erhöht, wobei der Wert jedoch wieder geringer als die Überspannung ist, die zur Aktivierung des Überspannungsschutzes führte. Dies wird zweckmäßigerweise fortgesetzt, bis sämtliche Schaltelemente geöffnet sind.In this case, when an overvoltage is present between the connections, all switching elements are preferably actuated so that all strings are initially live. As a result, an electrical voltage between the two connections drops. If this is less than a certain value, in particular at least one of the strings is switched off, so that a current flow is divided between the remaining strings, which is why an electrical voltage between the two connections rises again, preferably to a value lower than the original overvoltage. Then, when the electrical voltage has again appropriately decreased, in particular another of the switching elements is actuated and thus the applied electrical voltage is increased, but the value is again lower than the overvoltage that led to the activation of the overvoltage protection. This is expediently continued until all switching elements are open.
Der Überspannungsschutz weist ferner einen Spannungsteiler auf, der eine zu der Anzahl an Strängen korrespondierende Anzahl an elektrisch in Reihe geschalteten Widerstandselementen aufweist. Insbesondere ist die Anzahl der Widerstandselemente gleich der Anzahl der Stränge oder steht in einer festen Beziehung zu dieser. Insbesondere ist hierbei die Anzahl der Widerstandselemente um einen bestimmten Wert größer oder kleiner als die Anzahl an Strängen, insbesondere jeweils um 1. Zwischen jeweils benachbarten Widerstandselementen ist dabei jeweils ein Abgriff gebildet, und der Spannungsteiler weist somit einen Abgriff weniger als Widerstandselemente auf. Folglich sind die einzelnen Abgriffe und Widerstandselemente abwechselnd zueinander in Reihe geschaltet.The overvoltage protection furthermore has a voltage divider which has a number that corresponds to the number of strings that are electrically connected in series Has resistance elements. In particular, the number of resistance elements is equal to the number of strands or is in a fixed relationship to this. In particular, the number of resistance elements is a certain value greater or less than the number of strings, in particular by 1. A tap is formed between each adjacent resistance element, and the voltage divider thus has one tap less than resistance elements. As a result, the individual taps and resistance elements are alternately connected in series with one another.
Der Spannungsteiler ist zwischen den ersten Anschluss und einen der Steuereingänge geschaltet. Mit anderen Worten sind die Enden des Spannungsteilers einmal gegen den ersten Anschluss und das andere Mal gegen den Steuereingang eines der Schaltelemente geführt. Jeder Abgriff des Spannungsteilers ist gegen jeweils einen der verbleibenden Steuereingängen geführt. Somit ist jeder der Abgriffe jeweils genau einem der Steuereingänge zugeordnet und umgekehrt. Mit anderen Worten ist jeweils einer der Abgriffe jeweils einem der Steuereingänge und umgekehrt zugeordnet.The voltage divider is connected between the first connection and one of the control inputs. In other words, the ends of the voltage divider are led once to the first connection and the other time to the control input of one of the switching elements. Each tap on the voltage divider is connected to one of the remaining control inputs. Thus, each of the taps is assigned to exactly one of the control inputs and vice versa. In other words, one of the taps is assigned to one of the control inputs and vice versa.
Aufgrund des Spannungsteilers erfolgt in Abhängigkeit der jeweils zwischen den beiden Anschlüssen anliegenden Überspannung eine Aktivierung der Schaltelemente, wobei die Anzahl der betätigten Schaltelemente zum Wert der Überspannung korrespondiert. Falls diese vergleichsweise groß ist, werden insbesondere zunächst sämtliche Schaltelemente betätigt. Dann, wenn die Überspannung zwischen den beiden Anschlüssen absinkt, wird aufgrund des Spannungsteilers dasjenige Schaltelement, das mit dem Ende des Spannungsteilers verbunden ist, und nicht mit einem der Abgriffe, betätigt und folglich geöffnet. Falls die elektrische Spannung weiter absinkt, wird dasjenige Schaltelement, das dem ersten Abgriff nach dem Ende des Spannungsteilers zugeordnet ist, abgeschaltet und so weiter. Hierbei ist aufgrund der Widerstandselemente sichergestellt, dass stets eine sukzessive Betätigung der einzelnen Schaltelemente erfolgt, auch falls die einzelnen Widerstandselemente eine vergleichsweise große Fertigungstoleranz aufweisen. Zumindest ist ein gleichzeitiges Betätigen der Schaltelemente auf diese Weise ausgeschlossen. Auch ist vermieden, dass keines der Schaltelemente geschlossen ist, solange zwischen den Anschlüssen eine übermäßige elektrische Spannung anliegt. Somit ist eine Sicherheit erhöht, und bei der Herstellung können vergleichsweise kostengünstige Bauteile herangezogen werden. Zur Betätigung der einzelnen Schaltelemente ist auch keine zusätzliche Schaltung erforderlich oder besondere elektrische und/oder elektronische Bauteile, weswegen Herstellungskosten weiter reduziert sind. Da zudem sämtliche Bauteile im Wesentlichen wartungsfrei sind und lediglich geringen Alterungseffekten unterliegen, sind Betriebskosten reduziert.Due to the voltage divider, the switching elements are activated as a function of the respective overvoltage present between the two connections, the number of actuated switching elements corresponding to the value of the overvoltage. If this is comparatively large, in particular all switching elements are actuated first. Then, when the overvoltage between the two connections drops, that switching element which is connected to the end of the voltage divider and not to one of the taps is actuated and consequently opened due to the voltage divider. If the electrical voltage drops further, that switching element that is assigned to the first tap after the end of the voltage divider is switched off and so on. In this case, the resistance elements ensure that the individual switching elements are always actuated successively, even if the individual resistance elements have a comparatively large manufacturing tolerance. At least a simultaneous actuation of the switching elements is excluded in this way. It is also avoided that none of the switching elements are closed as long as there is excessive electrical voltage between the terminals. Safety is thus increased, and comparatively inexpensive components can be used in the production. No additional circuit or special electrical and / or electronic components are required to actuate the individual switching elements, which is why manufacturing costs are further reduced. In addition, since all components are essentially maintenance-free and are only subject to minor aging effects, operating costs are reduced.
Beispielsweise sind sämtliche Widerstände zueinander baugleich, sodass Gleichteile herangezogen werden können. Auf diese Weise sind die Herstellungskosten weiter reduziert. Alternativ hierzu sind die einzelnen Widerstände zueinander unterschiedlich, wobei der Widerstandswert der Widerstände insbesondere mit zunehmendem Abstand des dem jeweiligen zugeordneten Schaltelement zugeordneten Abgriffs des Spannungsteilers von dem ersten Anschluss abnimmt. Somit nimmt sukzessive der Gesamtwiderstand zwischen den beiden Anschlüssen bei zeitlich nachfolgender Betätigung der einzelnen Schaltelemente überproportional zu, sodass die elektrische Spannung vergleichsweise genau eingestellt werden kann.For example, all resistors are structurally identical to one another, so that identical parts can be used. In this way, the manufacturing costs are further reduced. As an alternative to this, the individual resistors are different from one another, the resistance value of the resistors decreasing in particular as the distance between the tap of the voltage divider assigned to the respective assigned switching element and the first connection increases. Thus, the total resistance between the two connections increases disproportionately with subsequent actuation of the individual switching elements, so that the electrical voltage can be set comparatively precisely.
Vorzugsweise ist die Anzahl der Stränge größer oder gleich 2, 3, 4 oder 5. Somit ist es möglich, für die einzelnen Bauteile der Stränge vergleichsweise kostengünstige Komponenten heranzuziehen, da an jeder aufgrund der Parallelschaltung lediglich eine vergleichsweise geringe elektrische Spannung anliegt. Auch ist ein getragener elektrischer Strom vergleichsweise gering. Ferner ist auf diese Weise eine Baugröße nicht übermäßig erhöht. Alternativ hierzu ist die Anzahl der Stränge größer, sodass die Kosten jedes der Bauteile weiter reduziert werden können. Besonders bevorzugt ist die Anzahl der Stränge kleiner als 20, 18 oder 15. Somit ist eine Baugröße nicht übermäßig erhöht.The number of strings is preferably greater than or equal to 2, 3, 4 or 5. It is thus possible to use comparatively inexpensive components for the individual components of the strings, since only a comparatively low electrical voltage is applied to each due to the parallel connection. The electrical current carried is also comparatively low. Furthermore, a size is not excessively increased in this way. Alternatively, the number of strands is larger so that the cost of each of the components can be further reduced. The number of strands is particularly preferably less than 20, 18 or 15. Thus, the size is not excessively increased.
Beispielsweise sind die Widerstandselemente zueinander unterschiedliche Bauteile oder besonders bevorzugt zueinander ähnliche Komponenten, wobei sich zum Beispiel die Werte der Komponenten unterscheiden. Zum Beispiel sind die Widerstandselemente oder zumindest eines davon ein ohmscher Widerstand oder ein Kondensator. Besonders bevorzugt jedoch ist eines der Widerstandselemente, vorzugsweise sämtliche Widerstandselemente, eine Zener-Diode. Mit anderen Worten sind die Widerstandselemente Zener-Dioden. Hierbei sind die Widerstandselemente zueinander beispielsweise gleich oder unterscheiden sich anhand der jeweiligen Durchbruchspannung. Da die Widerstandselemente Zener-Dioden, auch als Z-Diode bezeichnet, sind, ist die elektrische Spannung, die zum Schalten des jeweils zugeordneten Schaltelements führt, konstant, auch wenn der zwischen den Anschlüssen über den jeweiligen Strang fließende elektrische Strom unterschiedliche Werte annimmt. Somit sind eine Dimensionierung und Auslegung des Überspannungsschutzes vereinfacht. Auch ist auf diese Weise sichergestellt, dass die Schaltelemente stets bei der jeweils zugeordneten gleichen elektrischen Spannung betätigt werden, die mittels des Spannungsteilers somit eingestellt ist. Die Sperrrichtung der Zener-Dioden ist zweckmäßigerweise in Richtung des ersten Anschlusses gerichtet, sodass lediglich dann, wenn zwischen den beiden Anschlüssen eine bestimmte elektrische Spannung anliegt, die Schaltelemente betätigt sind. Mit anderen Worten ist der Stromfluss von dem ersten Anschluss über den Spannungsteiler unterbunden, sofern die elektrische Spannung geringer als ein bestimmter Wert ist, der anhand der Widerstandselemente vorgegeben ist.For example, the resistance elements are components that are different from one another or, particularly preferably, components that are similar to one another, the values of the components differing, for example. For example, the resistive elements are or at least one of them is an ohmic resistor or a capacitor. However, one of the resistance elements, preferably all of the resistance elements, is particularly preferably a Zener diode. In other words, the resistance elements are Zener diodes. Here, the resistance elements are, for example, identical to one another or differ on the basis of the respective breakdown voltage. Since the resistance elements are Zener diodes, also referred to as Z diodes, the electrical voltage that leads to the switching of the respectively assigned switching element is constant, even if the electrical current flowing between the connections via the respective strand assumes different values. This simplifies the dimensioning and design of the overvoltage protection. It is also ensured in this way that the switching elements are always actuated with the same electrical voltage assigned in each case, which is thus set by means of the voltage divider. The blocking direction of the Zener diodes is expediently directed in the direction of the first connection, so that the switching elements are actuated only when a certain electrical voltage is applied between the two connections. In other words, the flow of current from the first connection via the voltage divider is prevented if the electrical voltage is less than a specific value that is specified on the basis of the resistance elements.
Beispielsweise ist jeder Abgriff direkt mit dem jeweils zugeordneten Steuereingang elektrisch kontaktiert. Besonders bevorzugt jedoch ist zwischen jedem Abgriff und dem jeweils zugeordneten Steuereingang ein weiteres Bauteil angeordnet, beispielsweise eine zweite Diode. Hierbei ist die zweite Diode zweckmäßigerweise derart angeordnet, dass ein elektrischer Stromfluss von dem Steuereingang zu dem Abgriff unterbunden ist. Somit ist eine Rückwirkung der einzelnen Schaltelemente auf andere Schaltelemente unterbunden. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist zwischen jedem Abgriff und dem jeweiligen Steuereingang ein zweiter Widerstand geschaltet. Der zweite Widerstand ist hierbei insbesondere ein ohmscher Widerstand. Aufgrund des zweiten Widerstands erfolgt ein Schutz des jeweils zugeordneten Schaltelements. Vorzugsweise ist zwischen dem einen der Enden des Spannungsteilers und dem diesem Ende zugeordneten Steuereingang ebenfalls eine zweite Diode und/oder ein zweiter Widerstand geschaltet, sodass auch dieses Schaltelement geschützt ist, bzw. eine Rückwirkung von diesem unterbunden ist.For example, each tap is in direct electrical contact with the respectively assigned control input. Particularly preferably, however, a further component is arranged between each tap and the respectively assigned control input, for example a second diode. In this case, the second diode is expediently arranged in such a way that an electrical current flow from the control input to the tap is prevented. This prevents the individual switching elements from affecting other switching elements. Alternatively or particularly preferably in combination with this, a second resistor is connected between each tap and the respective control input. The second resistor is in particular an ohmic resistor. The respectively assigned switching element is protected on the basis of the second resistor. A second diode and / or a second resistor is preferably also connected between one of the ends of the voltage divider and the control input assigned to this end. so that this switching element is also protected or any reaction from it is prevented.
Beispielsweise ist jeder Steuereingang mit Ausnahme des jeweils zugeordneten Abgriffs mit keinem weiteren Bestandteil des Überspannungsschutzes kontaktiert und somit lediglich gegen den ersten Anschluss - über die jeweils zugeordneten Bauteile - geführt. Besonders bevorzugt jedoch ist jeder Steuereingang oder zumindest einer der Steuereingänge auch gegen den zweiten Anschluss geführt. Hierbei ist zwischen den jeweiligen Steuereingang und den zweiten Anschluss vorzugsweise jeweils ein Bauteil geschaltet, besonders bevorzugt ein weiteres Widerstandselement. Aufgrund des weiteren Widerstandselements wird dabei ein Bezugspotential festgelegt, sodass die an jedem Steuereingang anliegende elektrische Spannung vergleichsweise genau definiert ist, die zum Schalten des jeweiligen Schaltelements führt. Somit ist eine Betriebssicherheit erhöht.For example, each control input, with the exception of the respectively assigned tap, is not contacted with any other component of the overvoltage protection and is therefore only routed to the first connection - via the respectively assigned components. Particularly preferably, however, each control input or at least one of the control inputs is also routed to the second connection. In this case, a respective component is preferably connected between the respective control input and the second connection, particularly preferably a further resistance element. On the basis of the further resistance element, a reference potential is established so that the electrical voltage applied to each control input is relatively precisely defined, which leads to the switching of the respective switching element. Operational reliability is thus increased.
Beispielsweise sind die weiteren Widerstandselemente ohmsche Widerstände. Besonders bevorzugt jedoch sind diese als Zener-Dioden, auch als Z-Diode bezeichnet, ausgeführt. Hierbei ist die Sperrrichtung insbesondere derart, dass ein Stromfluss von dem jeweiligen Steuereingang zu dem zweiten Anschluss unterbunden ist, sofern eine bestimmte elektrische Spannung nicht überschritten ist. Auch ist auf diese Weise ein Schutz des jeweiligen Schaltelements gegen eine übermäßig anliegende elektrische Spannung realisiert. Somit ist eine Betriebssicherheit weiter erhöht. Auch ist somit sichergestellt, dass eine Betätigung der Schaltelemente stets dann erfolgt, wenn zwischen den Anschlüssen die Überspannung anliegt.For example, the further resistance elements are ohmic resistors. However, these are particularly preferably designed as Zener diodes, also referred to as Zener diodes. In this case, the blocking direction is in particular such that a current flow from the respective control input to the second connection is prevented as long as a specific electrical voltage is not exceeded. In this way, the respective switching element is also protected against an excessively applied electrical voltage. Operational reliability is thus further increased. This also ensures that the switching elements are always actuated when the overvoltage is present between the connections.
Zum Beispiel sind die einzelnen Schaltelemente zueinander unterschiedlich oder mittels unterschiedlicher Arten von Schaltern realisiert. Zum Beispiel ist zumindest eines der oder alle Schaltelemente mittels Relais realisiert. Besonders bevorzugt jedoch sind die Schaltelemente Halbleiterschalter, sodass eine Wartung vereinfacht ist. Auch ist das Ausbilden eines Lichtbogens bei Betätigung vermieden. Da diese zudem lediglich im Überspannungsfall, also lediglich dann, wenn zwischen den beiden Anschlüssen eine Überspannung oder zumindest eine bestimmte elektrische Spannung anliegt, stromführend sind, sind auftretende elektrische Verluste lediglich zeitweise und somit begrenzt. Zum Beispiel sind die Schaltelemente IGBTs, IGCTs oder GTOs. Besonders bevorzugt jedoch sind die Schaltelemente Feldeffekttransistoren und besonders bevorzugt MOSFETs. Diese sind vergleichsweise kostengünstig und in unterschiedlichen Leistungsklassen vorhanden, sodass ein Einsatzbereich des Überspannungsschutzes vergrößert ist. Auch weisen diese jeweils eine Freilaufdiode auf, sodass ein Betrieb des Überspannungsschutzes vereinfacht ist.For example, the individual switching elements are different from one another or implemented using different types of switches. For example, at least one or all of the switching elements is implemented by means of relays. However, the switching elements are particularly preferably semiconductor switches, so that maintenance is simplified. The formation of an arc during actuation is also avoided. Since this only occurs in the event of an overvoltage, i.e. only if there is an overvoltage or at least a certain one between the two connections If electrical voltage is present, live, electrical losses that occur are only temporary and therefore limited. For example, the switching elements are IGBTs, IGCTs or GTOs. However, the switching elements are particularly preferably field effect transistors and particularly preferably MOSFETs. These are comparatively inexpensive and available in different performance classes, so that the area of application of the surge protection is increased. These also each have a freewheeling diode, so that operation of the overvoltage protection is simplified.
Beispielsweise ist der Überspannungsschutz ohne Varistoren ausgestaltet und somit varistorfrei. Somit sind Herstellungskosten reduziert, und auch eine Alterung des Überspannungsschutzes ist im Wesentlichen unterbunden. Alternativ hierzu ist parallel zu einem der Schaltelemente ein Varistor geschaltet. Der Varistor ist dabei insbesondere parallel zu dem Schaltelement geschaltet, dessen Steuereingang lediglich über ein einziges der Widerstandselemente oder zumindest die geringste Anzahl an Widerstandselementen gegen den ersten Anschluss geführt ist. Somit ist der Varistor zu dem Schaltelement parallel geschaltet, das bei Abbau der Überspannung als letztes geöffnet wird. Aufgrund des Varistors wird dabei eine etwaige elektrische Spannung, die aufgrund der Betätigung des Schaltelements verbleibt, abgebaut, sodass der Überspannungsschutz nach Betrieb in einen im Wesentlichen stromlosen Zustand überführt wird. Alternativ oder in Kombination hierzu ist parallel zu diesem Schaltelement, und somit auch zu dem etwaigen Varistor, ein weiterer Kondensator geschaltet, sodass eine Spannungsspitze der aufgrund des Abschaltens des letzten Schaltelements an dem Schaltelement anliegenden elektrischen Spannung vermieden ist. Vorzugsweise ist zu dem weiteren Kondensator/dem Varistor/diesem Schaltelement eine Diode parallel geschaltet, sodass die Ausbildung eines Schwingkreises mittels des etwaigen weiteren Kondensators und des Varistors vermieden ist. Die Diode ist zum Beispiel eine TVS-Diode (Suppressordiode) oder eine Zener-Diode.For example, the overvoltage protection is designed without varistors and thus varistor-free. Manufacturing costs are thus reduced, and aging of the overvoltage protection is also essentially prevented. As an alternative to this, a varistor is connected in parallel to one of the switching elements. The varistor is in particular connected in parallel to the switching element, the control input of which is led to the first connection via only a single one of the resistance elements or at least the smallest number of resistance elements. The varistor is thus connected in parallel to the switching element which is the last to open when the overvoltage is reduced. Due to the varistor, any electrical voltage that remains due to the actuation of the switching element is reduced so that the overvoltage protection is transferred to an essentially currentless state after operation. Alternatively or in combination with this, a further capacitor is connected in parallel to this switching element, and thus also to the varistor, if any, so that a voltage spike in the electrical voltage applied to the switching element due to the disconnection of the last switching element is avoided. A diode is preferably connected in parallel with the further capacitor / the varistor / this switching element, so that the formation of an oscillating circuit by means of the possible further capacitor and the varistor is avoided. The diode is, for example, a TVS diode (suppressor diode) or a Zener diode.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Steuereingang jedes Schaltelements über ein jeweiliges weiteres Schaltelement mit dem zweiten Anschluss elektrisch verbunden. Hierbei ist das weitere Schaltelemente derart verschaltet, dass dieses in Abhängigkeit einer über dem jeweils zugeordneten Schaltelement anfallenden elektrischen Spannung betätigt ist. Mit anderen Worten wird das weitere Schaltelement betätigt, wenn die über dem zugeordneten Schaltelement abfallende elektrische Spannung eine bestimmte Bedingung erfüllt, insbesondere einen bestimmten Wert überschreitet. Hierbei wird insbesondere das jeweilige weitere Schaltelement betätigt und geschlossen, wenn die anfallende elektrische Spannung größer als der bestimmte Wert ist. Infolgedessen wird das zugeordnete Schaltelement geöffnet, sodass über dieses ein elektrischer Stromfluss unterbunden ist. Folglich wird insbesondere dann, wenn ein innerer Widerstand des jeweils zugeordneten Schaltelements zunimmt und sich somit erwärmt, dieses im Wesentlichen sofort betätigt, weswegen eine weitere Erwärmung verhindert wird. Somit ist eine Betriebsdauer und auch eine Sicherheit erhöht. Falls das oder die Schaltelemente nämlich als Halbleiterschalter/MOSFET ausgestaltet sind, führt eine sich leicht ändernde, an dem jeweiligen Steuereingang anliegende elektrische Spannung zu einer Erhöhung des inneren Widerstands, wobei dennoch zunächst ein elektrischer Strom fließt.In a particularly preferred embodiment, the control input of each switching element is electrically connected to the second connection via a respective further switching element. Here, the further switching element is connected in such a way that that this is actuated as a function of an electrical voltage occurring across the respectively assigned switching element. In other words, the further switching element is actuated when the electrical voltage dropping across the assigned switching element fulfills a certain condition, in particular exceeds a certain value. Here, in particular, the respective further switching element is actuated and closed when the electrical voltage that arises is greater than the specific value. As a result, the assigned switching element is opened, so that an electrical current flow is prevented via this. Consequently, especially when an internal resistance of the respectively assigned switching element increases and thus heats up, it is actuated essentially immediately, which is why further heating is prevented. Thus, an operating time and also a safety are increased. If the switching element or elements are designed as a semiconductor switch / MOSFET, a slightly changing electrical voltage applied to the respective control input leads to an increase in the internal resistance, although an electrical current initially flows.
Geeigneterweise ist jedem der Schaltelemente jeweils ein weiteres Schaltelement zugeordnet. In einer alternativen Ausführung ist lediglich der Steuereingang eines oder eines Teils der Schaltelemente mittels eines jeweiligen weiteren Schaltelements mit dem zweiten Anschluss verbunden. Bei den verbleibenden Schaltelementen ist der jeweilige Steuereingang zweckmäßigerweise von dem jeweiligen zweiten Anschluss getrennt oder lediglich über das jeweilige etwaige weitere Widerstandselement damit verbunden.A further switching element is suitably assigned to each of the switching elements. In an alternative embodiment, only the control input of one or a part of the switching elements is connected to the second connection by means of a respective further switching element. In the case of the remaining switching elements, the respective control input is expediently separated from the respective second connection or only connected to it via any further resistance element.
Insbesondere ist das weitere Schaltelement ein Feldeffekttransistor. Beispielsweise ist das weitere Schaltelement als MOSFET ausgestaltet. Das weitere Schaltelement ist beispielsweise baugleich zu dem Schaltelement. Besonders bevorzugt jedoch ist das weitere Schaltelement für geringere (elektrische) Spannungen als das jeweilige Schaltelement geeignet, sodass ein kostengünstigeres Bauteil verwendet werden kann. Die Ansteuerung des weiteren Schaltelements erfolgt beispielsweise mittels geeigneter Komponenten.In particular, the further switching element is a field effect transistor. For example, the further switching element is designed as a MOSFET. The further switching element is, for example, identical in construction to the switching element. However, the further switching element is particularly preferably suitable for lower (electrical) voltages than the respective switching element, so that a more cost-effective component can be used. The activation of the further switching element takes place, for example, by means of suitable components.
Besonders bevorzugt weist der Überspannungsschutz ein zusätzliches Schaltelement auf, das einen zusätzlichen Steuereingang umfasst. Hierbei ist das zusätzliche Schaltelement in Abhängigkeit des an dem zusätzlichen Steuereingang anliegenden elektrischen Potentials betätigt. Der weitere Steuereingang ist hierbei insbesondere über das zusätzliche Schaltelement gegen den zweiten Anschluss geführt. Somit ist es möglich, mittels Betätigung des zusätzlichen Schaltelements das weitere Schaltelement und daher das diesem zugeordnete Schaltelement zu betätigen. Hierbei ist eine für die Ansteuerung des zusätzlichen Schaltelements erforderliche elektrische Spannung geringer als für das weitere Schaltelement, weswegen vergleichsweise kostengünstige Bauteile herangezogen werden können. Insbesondere ist das zusätzliche Schaltelement ein Transistor, was Herstellungskosten weiter reduziert.The overvoltage protection particularly preferably has an additional switching element which comprises an additional control input. Here, the additional switching element is actuated as a function of the electrical potential applied to the additional control input. The further control input is led to the second connection in particular via the additional switching element. It is thus possible, by actuating the additional switching element, to actuate the further switching element and therefore the switching element assigned to it. Here, an electrical voltage required to control the additional switching element is lower than for the further switching element, which is why comparatively inexpensive components can be used. In particular, the additional switching element is a transistor, which further reduces manufacturing costs.
Der zusätzliche Steuereingang ist insbesondere gegen einen ersten zusätzlichen Widerstand und einen zweiten zusätzlichen Widerstand geführt, die zum Beispiel zueinander elektrisch in Reihe geschaltet sind. Mit anderen Worten sind der erste zusätzliche Widerstand und der zweite zusätzliche Widerstand elektrisch miteinander sowie mit dem zusätzlichen Steuereingang kontaktiert. Die beiden zusätzlichen Widerstände sind zweckmäßigerweise ohmsche Widerstände, weswegen Herstellungskosten reduziert sind. Auch sind auf diese Weise eine Dimensionierung und Auslegung des Überspannungsschutzes vereinfacht.The additional control input is in particular led against a first additional resistor and a second additional resistor, which, for example, are electrically connected in series with one another. In other words, the first additional resistor and the second additional resistor are electrically contacted with one another and with the additional control input. The two additional resistors are expediently ohmic resistors, which is why manufacturing costs are reduced. Dimensioning and design of the overvoltage protection are also simplified in this way.
Mittels der beiden zusätzlichen Widerstände ist insbesondere ein zusätzlicher Spannungsteiler bereitgestellt, mittels dessen das jeweils zugeordnete Schaltelement überbrückt ist. Hierbei ist insbesondere der zweite zusätzliche Widerstand gegen den zweiten Anschluss geführt. Der erste zusätzliche Widerstand ist insbesondere über den Widerstand des hierzu zugeordneten Strangs mit dem ersten Anschluss elektrisch kontaktiert. Zusammenfassend ist somit der zusätzliche Steuereingang über den ersten zusätzlichen Widerstand und den Widerstand des hierzu zugeordneten Strangs gegen den ersten Anschluss und über den zweiten zusätzlichen Widerstand gegen den zweiten Anschluss geführt. Geeigneterweise ist zwischen dem ersten zusätzlichen Widerstand und dem jeweiligen Widerstand eine Diode angeordnet, sodass ein elektrischer Stromfluss lediglich in eine einzige Richtung, zweckmäßigerweise von dem ersten zusätzlichen Widerstand zu dem jeweiligen Widerstand, möglich ist. Folglich sind eine Rückwirkung und ungewollte Effekte vermieden. Zudem erfolgt auch keine Überlastung des zusätzlichen Schaltelements aufgrund der elektrischen Kontaktierung mit dem jeweiligen Strang.By means of the two additional resistors, in particular an additional voltage divider is provided, by means of which the respectively assigned switching element is bridged. Here, in particular, the second additional resistor is routed to the second connection. The first additional resistor is in electrical contact with the first connection, in particular via the resistor of the strand assigned to it. In summary, the additional control input is therefore routed to the first connection via the first additional resistor and the resistance of the strand assigned to it and to the second connection via the second additional resistor. A diode is suitably arranged between the first additional resistor and the respective resistor, so that an electrical current flow only in a single one Direction, expediently from the first additional resistance to the respective resistance, is possible. As a result, feedback and unwanted effects are avoided. In addition, there is also no overloading of the additional switching element due to the electrical contact with the respective strand.
Insbesondere ist der zweite zusätzliche Widerstand mit einem zusätzlichen Kondensator überbrückt. Somit erfolgt ein Verzögertes Einschalten sowie Abschalten des zusätzlichen Schaltelements, weswegen lediglich kurzzeitige übermäßige Spannungen an dem jeweils zugeordneten Schaltelement nicht zu einer Betätigung des zusätzlichen Schaltelements und daher des weiteren Schaltelements und somit des jeweiligen Schaltelements führen. Folglich ist eine Zuverlässigkeit des Überspannungsschutzes erhöht.In particular, the second additional resistor is bridged with an additional capacitor. Thus, the additional switching element is switched on and switched off with a delay, which is why only brief excessive voltages on the respectively assigned switching element do not lead to an actuation of the additional switching element and therefore the further switching element and thus the respective switching element. As a result, overvoltage protection reliability is increased.
In einer Variante ist der zusätzliche Steuereingang über den ersten zusätzlichen Widerstand und eines der Widerstandselemente gegen den ersten Anschluss geführt. Beispielsweise sind hierbei zwischen dem Widerstandselement und dem ersten zusätzlichen Widerstandselement keine weiteren Bauteile angeordnet. Besonders bevorzugt jedoch ist zwischen diesen zumindest eine Diode angeordnet, mittels derer ein elektrischer Stromfluss von dem ersten zusätzlichen Widerstand zu dem Widerstandselement unterbunden ist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist zwischen dem ersten zusätzlichen Widerstand und dem Widerstandselement ein ohmscher Widerstand angeordnet, sodass eine Reihenschaltung von unterschiedlichen Widerständen erfolgt. Somit ist ein Schutz verbessert. Falls mehrere zusätzliche Schaltelemente vorhanden sind, sind diese vorzugsweise über ein gemeinsames Widerstandselement des Spannungsteilers gegen den ersten Anschluss geführt. Alternativ ist das gemeinsame Widerstandselement kein Bestandteil des Spannungsteilers, und der Spannungsteiler ist über dieses Widerstandselement gegen den ersten Anschluss geführt.In one variant, the additional control input is routed to the first connection via the first additional resistor and one of the resistor elements. For example, no further components are arranged between the resistance element and the first additional resistance element. Particularly preferably, however, at least one diode is arranged between these, by means of which an electrical current flow from the first additional resistor to the resistance element is prevented. Alternatively or in combination with this, an ohmic resistor is arranged between the first additional resistor and the resistor element, so that different resistors are connected in series. Thus, protection is improved. If several additional switching elements are present, these are preferably routed to the first connection via a common resistance element of the voltage divider. Alternatively, the common resistance element is not part of the voltage divider, and the voltage divider is led to the first connection via this resistance element.
In einer Weiterbildung ist der weitere Steuereingang über eine weitere Zener-Diode gegen den zweiten Anschluss geführt. Somit ist das oder die zusätzlichen Schaltelemente mittels der weiteren Zener-Diode überbrückt, sodass stets eine Ableitung der elektrischen Spannung erfolgt, falls diese größer als die Durchbruchsspannung der weiteren Zener-Diode ist. Folglich wird das zusätzliche Schaltelement mittels der weiteren Zener-Diode geschützt. Auch ist auf diese Weise ein entsprechendes Einschalten des weiteren Schaltelements sichergestellt, sodass dieses entsprechend betätigt wird. Daher ist eine Sicherheit erhöht.In a further development, the further control input is routed to the second connection via a further Zener diode. The additional switching element (s) is thus bridged by means of the further Zener diode, so that there is always one The electrical voltage is diverted if it is greater than the breakdown voltage of the additional Zener diode. As a result, the additional switching element is protected by means of the further Zener diode. This also ensures that the further switching element is switched on accordingly, so that it is actuated accordingly. Therefore, security is increased.
Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist der weitere Steuereingang über eine weitere Diode gegen den ersten Anschluss geführt. Somit ist das am weiteren Steuereingang anliegende elektrische Potential abhängig von dem elektrischen Potential des ersten Anschlusses, sodass gegebenenfalls eine entsprechende Ansteuerung des weiteren Schaltelements erfolgen kann. Vorzugsweise ist hierbei auch der weitere Steuereingang über die weitere Zener-Diode gegen den zweiten Anschluss geführt, sodass die zwischen den Anschlüssen anliegenden elektrische Spannung bei der Ansteuerung des weiteren Schaltelements berücksichtigt wird. Vorzugsweise ist die Sperrrichtung der weiteren Diode entgegengesetzt zur Sperrrichtung der Zener-Diode.Alternatively or particularly preferably in combination with this, the further control input is routed to the first connection via a further diode. The electrical potential present at the further control input is therefore dependent on the electrical potential of the first connection, so that, if necessary, a corresponding control of the further switching element can take place. In this case, the further control input is preferably also routed to the second connection via the further Zener diode, so that the electrical voltage present between the connections is taken into account when the further switching element is activated. The reverse direction of the further diode is preferably opposite to the reverse direction of the Zener diode.
Vorzugsweise ist zwischen der weiteren Diode und dem ersten Anschluss ein zusätzliches Bauteil, beispielsweise eines der Widerstandselemente des Spannungsteilers, geschaltet, sodass nicht in das vollständige an dem ersten Anschluss anliegende elektrische Potential an dem weiteren Steuereingang anliegt, weswegen insbesondere nicht eine gleichzeitige Betätigung des weiteren Schaltelements und des Schaltelements erfolgt. Falls mehrere weitere Schaltelemente vorhanden sind, sind diese vorzugsweise über ein gemeinsames Widerstandselement gegen den ersten Anschluss geführt. Dabei ist das gemeinsame Widerstandselement beispielsweise ein Bestandteil des Spannungsteilers. Alternativ hierzu ist der Spannungsteiler über das gemeinsame Widerstandselement gegen den ersten Anschluss geführt, oder das gemeinsame Widerstandselement ist unabhängig von dem Spannungsteiler.An additional component, for example one of the resistance elements of the voltage divider, is preferably connected between the further diode and the first connection so that the full electrical potential applied to the first connection is not applied to the further control input, which is why, in particular, the further switching element is not actuated at the same time and the switching element takes place. If several further switching elements are present, these are preferably routed to the first connection via a common resistance element. The common resistance element is part of the voltage divider, for example. As an alternative to this, the voltage divider is routed to the first connection via the common resistance element, or the common resistance element is independent of the voltage divider.
Besonders bevorzugt ist der weitere Steuereingang über einen weiteren Widerstand gegen den ersten Anschluss geführt. Dabei ist der weitere Widerstand zweckmäßigerweise ein ohmscher Widerstand, was Herstellungskosten reduziert. Vorzugsweise ist der Wert des weiteren Widerstands größer als der Wert des Widerstands des Strangs. Daher erfolgt keine gleichzeitige Betätigung des weiteren Schaltelements und des hierzu zugeordneten Schaltelements. Auch erfolgt mittels des weiteren Widerstands ein Schutz des weiteren Schaltelements. Geeigneterweise ist dabei die weitere Zener-Diode vorhanden, sodass zumindest teilweise ein (weiterer) Spannungsteiler gebildet ist.The further control input is particularly preferably routed to the first connection via a further resistor. The further resistor is expediently an ohmic resistor, which reduces manufacturing costs. The value of the further resistor is preferably greater than the value of the resistance of the strand. Therefore, there is no simultaneous actuation of the further switching element and the switching element assigned to it. The further switching element is also protected by means of the further resistor. The further Zener diode is suitably present so that a (further) voltage divider is formed at least partially.
Der Überspannungsschutz wird zur Absicherung eines zu schützenden Geräts gegen eine Überspannung und/oder einen Impulsstrom verwendet. Mit anderen Worten dient der Überspannungsschutz der Absicherung des zu schützenden Geräts, insbesondere der elektrischen Absicherung. Vorzugsweise wird mittels des Überspannungsschutzes eine Überspannung an dem zu schützenden Gerät oder ein durch das zu schützende Gerät fließender Impulsstrom vermieden. Die Überspannung/der Impulsstrom entsteht dabei unabhängig von dem Überspannungsschutz und dem zu schützenden Gerät, insbesondere durch ein externes Ereignis, wie einen Blitzschlag. Die Überspannung/der Impulsstrom ist insbesondere derart, dass diese das zu schützenden Gerät beschädigen würde, und mittels des Überspannungsschutzes wird zweckmäßigerweise die an dem zu schützenden Gerät anliegende elektrische Spannung begrenzt. Vorzugsweise fungiert der Überspannungsschutz als Ableiter und ist beispielsweise ein Überspannungs- und/oder Blitzstromableiter.The overvoltage protection is used to secure a device to be protected against an overvoltage and / or an impulse current. In other words, the overvoltage protection is used to protect the device to be protected, in particular for electrical protection. An overvoltage on the device to be protected or a pulse current flowing through the device to be protected is preferably avoided by means of the overvoltage protection. The overvoltage / impulse current occurs independently of the overvoltage protection and the device to be protected, in particular due to an external event such as a lightning strike. The overvoltage / pulse current is such that it would damage the device to be protected, and the overvoltage protection device is expediently used to limit the electrical voltage applied to the device to be protected. The surge arrester preferably functions as an arrester and is, for example, an surge arrester and / or lightning current arrester.
Das zu schützende Gerät ist beispielsweise ein Schalter oder weist zumindest einen Schalter auf. Beispielsweise ist der Schalter ein Halbleiterschalter, ein Relais oder weist beide auf, die zum Beispiel zueinander parallel geschaltet sind. Somit wird mittels des Überspannungsschutzes eine bei Einschalten des Schalters oder bei Abschalten des Schalters anliegende Überspannung vermieden oder zumindest abgebaut. In einer weiteren Alternative ist das zu schützende Gerät beispielsweise einen Mobilfunkmast oder ein sonstiges elektrisches Gerät.The device to be protected is, for example, a switch or has at least one switch. For example, the switch is a semiconductor switch, a relay or has both, which are connected in parallel to one another, for example. Thus, by means of the overvoltage protection, an overvoltage that is present when the switch is switched on or when the switch is switched off is avoided or at least reduced. In a further alternative, the device to be protected is, for example, a cell phone mast or some other electrical device.
Der Überspannungsschutz weist dabei einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, zwischen denen eine Anzahl an Strängen zueinander parallel geschaltet ist, wobei jeder Strang einen Widerstand umfasst, der zwischen den ersten Anschluss und ein einen Steuereingang aufweisendes Schaltelement geschaltet ist. Ferner umfasst der Überspannungsschutz einen Spannungsteiler, der zwischen einen der Steuereingänge und den ersten Anschluss geschaltet ist, und der eine zu der Anzahl an Strängen korrespondierende Anzahl an elektrisch in Reihe geschalteten Widerstandselementen aufweist. Zwischen benachbarten Widerstandselementen ist jeweils ein Abgriff gebildet, wobei jeder Abgriff gegen jeweils einen der verbleibenden Steuereingänge geführt ist.The overvoltage protection has a first connection and a second connection, between which a number of strings are connected in parallel to one another, each string comprising a resistor, which between the first Connection and a switching element having a control input is connected. Furthermore, the overvoltage protection comprises a voltage divider which is connected between one of the control inputs and the first connection and which has a number of resistance elements electrically connected in series that corresponds to the number of strings. A tap is formed between adjacent resistance elements, each tap being led to one of the remaining control inputs.
Das zu schützende Gerät ist zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet und somit des Überspannungsschutzes oder zumindest mittels der Stränge überbrückt. Mit anderen Worten sind die Stränge parallel zu dem zu schützenden Gerät geschaltet. Die Erfindung betrifft ferner eine derartige Verschaltung eines zu schützenden Geräts mit einem Überspannungsschutz.The device to be protected is connected between the first connection and the second connection and thus bridged by the overvoltage protection or at least by means of the strings. In other words, the strings are connected in parallel to the device to be protected. The invention also relates to such an interconnection of a device to be protected with overvoltage protection.
Der Überspannungsschutz wird zum Vorladen eines Hauptkondensators verwendet. Der Überspannungsschutz weist dabei einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, zwischen denen eine Anzahl an Strängen zueinander parallel geschaltet ist, wobei jeder Strang einen Widerstand umfasst, der zwischen den ersten Anschluss und ein einen Steuereingang aufweisendes Schaltelement geschaltet ist. Ferner umfasst der Überspannungsschutz einen Spannungsteiler, der zwischen einen der Steuereingänge und den ersten Anschluss geschaltet ist, und der eine zu der Anzahl an Strängen korrespondierende Anzahl an elektrisch in Reihe geschalteten Widerstandselementen aufweist. Zwischen benachbarten Widerstandselementen ist jeweils ein Abgriff gebildet, wobei jeder Abgriff gegen jeweils einen der verbleibenden Steuereingänge geführt ist.The surge protector is used to pre-charge a main capacitor. The overvoltage protection has a first connection and a second connection, between which a number of strings are connected in parallel to one another, each strand comprising a resistor which is connected between the first connection and a switching element having a control input. Furthermore, the overvoltage protection comprises a voltage divider which is connected between one of the control inputs and the first connection and which has a number of resistance elements electrically connected in series that corresponds to the number of strings. A tap is formed between adjacent resistance elements, each tap being led to one of the remaining control inputs.
Der Hauptkondensator ist elektrisch in Reihe zu den Strängen geschaltet, vorzugsweise zu dem vollständigen Überspannungsschutz. Mit anderen Worten ist einer der Anschlüsse des Hauptkondensators mit dem ersten oder dem zweiten Anschluss elektrisch kontaktiert. Aufgrund des Überspannungsschutzes wird bei Einschalten eines den Hauptkondensator aufweisenden Stromkreises mittels des Überspannungsschutzes eine Vorladung des Hauptkondensators durchgeführt, sodass in dem Stromkreis zunächst ein elektrischer Stromfluss und eine elektrische Spannung begrenzt sind, die aufgrund des Hauptkondensators hervorgerufen werden. Eine unbegrenzte Spannung/Stromfluss würde beispielsweise zur Beschädigung von weiteren Komponenten des Stromkreises führen oder zum Auslösen eines Schutzschalters oder eine Sicherung, mittels derer der Stromkreis abgesichert ist. Aufgrund des Überspannungsschutzes wird ein Auslösen verhindert und die weiteren Komponenten des Stromkreises vor einer Überbelastung geschützt. Der Hauptkondensator ist beispielsweise ein Zwischenkreiskondensator eines Umrichters, und das Vorladen wird beispielsweise vor einer Inbetriebnahme oder zur Inbetriebnahme des Umrichters durchgeführt.The main capacitor is electrically connected in series with the strands, preferably for complete overvoltage protection. In other words, one of the connections of the main capacitor is in electrical contact with the first or the second connection. Because of the overvoltage protection, when a circuit having the main capacitor is switched on, the overvoltage protection is used to precharge the main capacitor, so that an electrical current flow and an electrical current flow in the circuit Voltage caused by the main capacitor. An unlimited voltage / current flow would, for example, damage other components of the circuit or trigger a circuit breaker or a fuse by means of which the circuit is protected. The overvoltage protection prevents tripping and protects the other components of the circuit from overload. The main capacitor is, for example, an intermediate circuit capacitor of a converter, and the pre-charging is carried out, for example, before commissioning or for commissioning the converter.
Die Erfindung betrifft ferner eine derartige Verschaltung eines Hauptkondensators mit einem Überspannungsschutz.The invention also relates to such an interconnection of a main capacitor with overvoltage protection.
Sofern einzelne Bauteile als weiteres, zusätzliches, erstes, zweites, drittes... Bauteil bezeichnet werden, dient dies insbesondere lediglich der Bezeichnung des jeweiligen Bauteils. Insbesondere impliziert dies nicht das Vorhandensein einer bestimmten Anzahl von Bauteilen.If individual components are referred to as further, additional, first, second, third ... component, this is only used to denote the respective component. In particular, this does not imply the presence of a specific number of components.
Die im Zusammenhang mit dem Überspannungsschutz und/oder der Schaltung genannten Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf die Verwendung sowie die Verschaltungen sowie untereinander zu übertragen und umgekehrt.The advantages and developments mentioned in connection with the overvoltage protection and / or the circuit are also to be applied analogously to the use and the interconnections as well as to one another and vice versa.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- Fig. 1
- schematisch vereinfacht eine Verschaltung mit einem Überspannungsschutz, einem zu schützenden Gerät und einem Hauptkondensator,
- Fig. 2
- einen Schaltplan des Überspannungsschutzes,
- Fig. 3
- ein Teil des Schaltplans, und
- Fig. 4
- einen weiteren Teil des Schaltplans.
- Fig. 1
- schematically simplified an interconnection with an overvoltage protection, a device to be protected and a main capacitor,
- Fig. 2
- a circuit diagram of the surge protection,
- Fig. 3
- part of the schematic, and
- Fig. 4
- another part of the schematic.
Einander entsprechende Teile sind in sämtlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
In
Das zu schützende Gerät 12 ist mittels eines Überspannungsschutzes 16 überbrückt, der einen ersten Anschluss 18 und einen zweiten Anschluss 20 aufweist. Hierbei ist das zu schützende Gerät 12 zwischen den ersten Anschluss 18 und den zweiten Anschluss 20 geschaltet. Auch ist der Überspannungsschutz 16 elektrisch in Reihe zu dem Hauptkondensator 14 geschaltet.The
Der Überspannungsschutz 16 dient der Absicherung des zu schützenden Geräts 12 vor einer Überspannung. Sofern an dem zu schützenden Gerät 12 eine elektrische Spannung anliegt, die größer als ein bestimmter Wert ist, wird der Überspannungsschutz 16 aktiviert, sodass dieser zumindest teilweise stromführend ist. Infolgedessen wird die zwischen den beiden Anschlüssen 18, 20 anliegende elektrische Spannung begrenzt, und eine Beschädigung des zu schützenden Geräts 12 wird verhindert. Die Überspannung tritt dabei beispielsweise bei Betätigung des Schalters 10 auf, also falls ein elektrischer Stromfluss zwischen dem ersten Pol 6 und dem zweiten Pol 8 unterbrochen werden soll, wobei der Stromfluss aufgrund einer nicht näher dargestellten Induktivität der Verschaltung 2 zumindest teilweise aufrechterhalten wird.The
Auch wird der Überspannungsschutz 16 zur Absicherung des zu schützenden Geräts 12 gegen einen Impulsstrom verwendet, also falls in der Verschaltung 2 aufgrund eines Blitzeinschlags oder sonstiger äußerer Einflüsse ein übermäßiger elektrischer Strom auftritt, der nicht von der Gleichstromquelle 4 hervorgerufen wird, und der anderweitig zu einer Zerstörung des zu schützenden Geräts 12, also des Schalters 10, führen würde.The
Bei einer weiteren Anwendung wird der Überspannungsschutz 16 zum Vorladen des Hauptkondensators 14 herangezogen. Falls zur Inbetriebnahme, also wenn der Hauptkondensator 14 nicht geladen ist, der Schalter 10 geschlossen wird, wird über diesen ein vergleichsweise großer elektrischer Strom geführt, und es fällt eine vergleichsweise große elektrische Spannung ab. In diesem Fall wird ebenfalls der Überspannungsschutz 16 aktiviert, sodass die an dem zu schützenden Gerät 12, also dem Schalter 10, anliegende elektrische Spannung nicht gleich der zwischen den beiden Polen 6, 8 anliegenden elektrischen Spannung ist. Erst wenn der Hauptkondensator 14 aufgrund des mittels des Überspannungsschutzes 16 verringerten elektrischen Stromflusses zumindest teilweise geladen ist, wird der Überspannungsschutz 16 deaktiviert, sodass dann das restliche Laden des Hauptkondensators 14 über den Schalter 10 erfolgt. Zum Vorladen des Hauptkondensators 14 wird hierbei insbesondere der Schalter 10 nicht geschlossen, sondern der elektrische Strom wird im Wesentlichen lediglich mittels des Überspannungsschutzes 16 geführt.In a further application, the
In
Der Überspannungsschutz 16 weist eine Anzahl an Strängen 28 auf, die zueinander parallel und zwischen den ersten Anschluss 18 und den zweiten Anschluss 20 geschaltet sind. Somit sind die Stränge 28 auch elektrisch in Reihe zu dem Hauptkondensator 14 geschaltet. Jeder der Stränge 28 weist einen Widerstand 30 auf, der als ohmscher Widerstand ausgebildet ist. Ferner weist jeder Strang 28 ein Schaltelement 32 mit einem Steuereingang 34 auf. Die Schaltelemente 32 sind durchgehend als MOSFET ausgestaltet, und die Widerstände 30 sind ohmsche Widerstände. In einer Alternative werden IGBTs als Schaltelemente 32 verwendet. Jeder Steuereingang 34 ist über jeweils ein weiteres Widerstandselement 36 in Form einer Zener-Diode gegen den zweiten Anschluss 20 geführt. Parallel zu dem weiteren Widerstandselement 36 ist ein zweiter weiterer Widerstand 40 geschaltet, der ein ohmsche Widerstand ist.The
Der zweite weitere Widerstand 40 ist jeweils mittels eines weiteren Schaltelements 42 überbrückt, das jeweils einen weiteren Steuereingang 44 aufweist. Jeder weitere Steuereingang 44 ist über eine weitere Zener-Diode 46 gegen den zweiten Anschluss 20 geführt. Dabei ist mittels sowohl der weiteren Widerstandselemente 36 als auch der weiteren Zener-Dioden 46 jeweils ein Stromfluss zu dem zweiten Anschluss 20 lediglich dann möglich, wenn die anliegende elektrische Spannung an dem jeweiligen weiteren Widerstandselement 36 bzw. an der jeweiligen weiteren Zener-Diode 46 größer als die jeweilige Durchbruchspannung ist.The second
Jede weitere Zener-Diode 46 ist zudem mittels eines zusätzlichen Schaltelements 48 in Form eines Transistors überbrückt, das jeweils einen zusätzlichen Steuereingang 50 aufweist. Der zusätzliche Steuereingang 50 ist über einen zweiten zusätzlichen Widerstand 52 gegen den zweiten Anschluss 20 geführt, wobei der zweite zusätzliche Widerstand 52 mittels eines zusätzlichen Kondensators 54 überbrückt ist.Each
Ferner ist jeder zusätzliche Steuereingang 50 über einen ersten zusätzlichen Widerstand 56 sowie den Widerstand 30 des dem Schaltelement 32 zugeordneten Strangs 28, der mit dem zugeordneten weiteren Schaltelements 42 sowie dem zusätzlichen Schaltelement 48 verschaltet ist, gegen den ersten Anschluss 18 geführt. Mittels einer zwischen dem ersten zusätzlichen Widerstand 46 und dem jeweiligen Widerstand 30 angeordneten Diode 58 wird dabei ein Stromfluss von dem Strang 28 zu dem zusätzlichen Steuereingang 50 und somit eine Überlastung des jeweiligen zusätzlichen Schaltelements 48 verhindert.Furthermore, each
Der Überspannungsschutz 16 weist ferner einen Spannungsteiler 60 auf, der eine zu der Anzahl an Strängen 28 korrespondierende Anzahl an Widerstandselementen 62 aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dabei ist die Anzahl der der Widerstandselemente 62 gleich der Anzahl an Strängen 28 und somit gleich drei. Zwischen benachbarten Widerstandselementen 62 sind jeweils Abgriffe 64 gebildet, sodass insgesamt zwei Abgriffe 64 vorhanden sind.The
Der Spannungsteiler 60 ist über ein gemeinsames Widerstandselement 66 gegen den ersten Anschluss 18 geführt. Das verbleibende Ende des Spannungsteilers 60 ist über eine zweite Diode 68 und einen zweiten Widerstand 70 gegen den Steuereingang 34 eines der Schaltelemente 32 geführt. Die Abgriffe 64 sind ebenfalls über jeweils eine zweite Diode 68 sowie einen zweiten Widerstand 70 gegen einen der Steuereingänge 34 geführt. Die Widerstandselemente 62 sowie das gemeinsame Widerstandselement 66 sind jeweils als Zener-Dioden ausgebildet. Mittels der Widerstandselemente 62 sowie des gemeinsamen Widerstandselements 66 ist dabei ein Stromfluss von dem ersten Anschluss 18 zu den Steuereingängen 34 unterbunden, sofern die anliegende elektrische Spannung nicht größer als die jeweilige Durchbruchspannung ist. Aufgrund der zweiten Diode 68 wird dabei ein Stromfluss von dem jeweiligen Steuereingang 34 zu dem ersten Anschluss 18 verhindert.The
Jeder Steuereingang 34 ist über jeweils eine weitere Diode 72 und einen jeweiligen weiteren Widerstand 74 sowie das gemeinsame Widerstandselement 66 gegen den ersten Anschluss 18 geführt. Mittels der weiteren Dioden 72 wird dabei ein Stromfluss von den weiteren Steuereingängen 44 zu dem ersten Anschluss 18 verhindert.Each
Jeder zusätzliche Steuereingang 50 ist ferner über jeweils eine erste zusätzliche Diode 76 sowie eine gemeinsame zweite zusätzliche Diode 78, einen gemeinsamen dritten zusätzlichen Widerstand 80 und über das gemeinsame Widerstandselement 66 mit dem ersten Anschluss 18 kontaktiert. Somit sind insgesamt drei erste zusätzliche Dioden 76, jedoch lediglich eine einzige zweite zusätzliche Diode 78 sowie ein einziger dritter zusätzlicher Widerstand 80 vorhanden. Parallel zu den drei Reihenschaltungen aus jeweils einem der zweiten zusätzlichen Widerstände 52, einem der ersten zusätzlichen Widerstände 56 sowie einer der ersten zusätzlichen Dioden 76 ist eine zusätzliche Zener-Diode 82 geschaltet, wobei aufgrund deren Sperrrichtung ein Stromfluss von dem zweiten Anschluss 20 zu dem ersten Anschluss 18 stets möglich ist.Each
Zu einem der Schaltelemente 32, nämlich dem, dessen Steuereingang 34 über die geringste Anzahl an Widerstandselementen 62 mit dem ersten Anschluss 18 verbunden ist, ist parallel ein Varistor 84 geschaltet, zu dem wiederum parallel ein weiterer Kondensator 86 geschaltet ist. Ferner ist ein zweites Widerstandselement 88 parallel zu dem weiteren Kondensator 86 und somit auch zu dem Varistor 84 geschaltet. Das zweite Widerstandselement 88 ist in dieser Ausführung eine Zener-Diode.A
In
Wenn die an den Anschlüssen 18, 20 anliegende elektrische Spannung einen bestimmten Wert unterschritten hat, ist die das von dem ersten Anschluss 18 am weitesten beabstandeten Widerstandselement 62 des Spannungsteilers 60 abfallende elektrische Spannung geringer als dessen Durchbruchspannung. Infolgedessen wird das gegen das Ende des Spannungsteilers 60 geführte Schaltelement 32 in den elektrisch nichtleitenden Zustand versetzt, weswegen dieser Strang 28 nicht mehr leitend ist. Bei einem weiteren Absinken der zwischen den Anschlüssen 18, 20 anliegenden elektrischen Spannung ist die über das zwischen den beiden Abgriffen 64 angeordnete Widerstandselement 62 abfallende elektrische Spannung geringer als dessen Durchbruchspannung, weswegen ein weiterer Strang 28 nicht mehr leitend ist. Somit wird sukzessive aufgrund der Widerstände 30 die zwischen den Anschlüssen 18, 20 anliegende elektrische Spannung abgebaut, wobei auch der elektrische Stromfluss reduziert wird.If the electrical voltage applied to the
Der Spannungsteiler 60 und jedes der weiteren Widerstandselemente 36 wirkt bei jedem der Schaltelemente 32 als jeweiliger Spannungsteiler. Da die Widerstandselemente 62 dabei Zener-Dioden sind, erfolgt ein Betätigen der Schaltelemente 32 bei im Wesentlichen stets der gleichen anfallenden elektrischen Spannung, unabhängig von dem jeweiligen elektrischen Strom. Mittels der zweiten Dioden 68 wird dabei sichergestellt, dass eine Rückwirkung zwischen den einzelnen Strängen 28 unterbunden ist. Mittels der zweiten Widerstände 70 erfolgt ein Schutz der Schaltelemente 32.The
In
Aufgrund der beiden diesem Schaltelement 32 zugeordneten zusätzlichen Widerstände 52, 56 liegt, wenn über das Schaltelement 32 eine vergleichsweise große elektrische Spannung anfällt, an dem zugeordneten zusätzlichen Steuereingang 50 eine elektrische Spannung an, weswegen das zugeordnete zusätzliche Schaltelement 48 betätigt und in den elektrisch leitenden Zustand überführt wird. Da dieses zusätzliche Schaltelement 48 elektrisch leitend ist, wird das an dem zugeordneten weiteren Steuereingang 44 anliegende elektrische Potential auf das elektrische Potential des zweiten Anschlusses 40 geschaltet, sodass dieses weitere Schaltelement 42 elektrisch leitend ist. Infolgedessen wird an dem Steuereingang 34 des Schaltelements 32 im Wesentlichen schlagartig das elektrische Potential des zweiten Anschlusses 20 angelegt, und dieses wird somit schlagartig in den elektrisch nichtleitenden Zustand versetzt. Infolgedessen erfolgt keine weitere Erwärmung des Schaltelements 32, und, sofern noch weitere Stränge 28 vorhanden sind, wird mittels dieser ein Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen 18, 20 übernommen.Due to the two
Aufgrund der weiteren Zener-Diode 46 ist dabei sichergestellt, dass das weitere Schaltelement 42 lediglich dann in den elektrisch leitfähigen Zustand versetzt wird, wenn eine Betätigung des zusätzlichen Schaltelements 48 erfolgt. Hierbei erfolgt mittels des weiteren Widerstands 74 ein Schutz des weiteren Schaltelements 42, mittels der weiteren Diode 72 ist eine ungewollte Rückwirkung vermieden. Mittels des Widerstandselements 66 ist dabei sichergestellt, dass das zusätzliche Schaltelement 48 sich im elektrisch nichtleitenden Zustand befindet, falls über das Schaltelement 32 keine ausreichende elektrische Spannung anfällt.The
Zusammenfassend erfolgt somit ein Betätigen des zusätzlichen Schaltelements 48 und daher auch des weiteren Schaltelements 42 in Abhängigkeit der über dem jeweils zugeordneten Schaltelement 32 anfallenden elektrischen Spannung. Aufgrund des zusätzlichen Kondensators 54 erfolgt hierbei ein verzögertes Einschalten des zusätzlichen Schaltelements 48, sodass kurzzeitige Spannungsspitzen nicht zu einem vorzeitigen Abschalten des Schaltelements 32 führen.In summary, the
Sofern sämtliche Stränge 28 in dem elektrisch nicht leitfähigen Zustand sind, wird eine verbleibenden elektrische Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 18, 20 mittels des Varistors 84 umgesetzt, wobei mittels des weiteren Kondensators 86 und des zweiten Widerstandselements 88 sichergestellt wird, dass ein vollständiger Abbau der elektrischen Energie erfolgt.If all the
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described above. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.
- 22
- VerschaltungInterconnection
- 44th
- GleichspannungsquelleDC voltage source
- 66th
- erster Polfirst pole
- 88th
- zweiter Polsecond pole
- 1010
- Schaltercounter
- 1212th
- zu schützendes Gerätdevice to be protected
- 1414th
- HauptkondensatorMain capacitor
- 1616
- ÜberspannungsschutzOvervoltage protection
- 1818th
- erster Anschlussfirst connection
- 2020th
- zweiter Anschlusssecond connection
- 2222nd
- LeistungshalbleiterschalterPower semiconductor switch
- 2424
- HauptvaristorMain varistor
- 2626th
- Steuerungsteering
- 2828
- Strangstrand
- 3030th
- Widerstandresistance
- 3232
- SchaltelementSwitching element
- 3434
- SteuereingangControl input
- 3636
- weiteres Widerstandselementanother resistance element
- 4040
- zweiter weiterer Widerstandsecond further resistance
- 4242
- weiteres Schaltelementfurther switching element
- 4444
- weiterer Steuereingangfurther control input
- 4646
- weitere Zener-Diodeanother Zener diode
- 4848
- zusätzliches Schaltelementadditional switching element
- 5050
- zusätzlicher Steuereingangadditional control input
- 5252
- zweiter zusätzlicher Widerstandsecond additional resistance
- 5454
- zusätzlicher Kondensatoradditional capacitor
- 5656
- erster zusätzlicher Widerstandfirst additional resistance
- 5858
- Diodediode
- 6060
- SpannungsteilerVoltage divider
- 6262
- WiderstandselementResistance element
- 6464
- AbgriffTap
- 6666
- gemeinsames Widerstandselementcommon resistance element
- 6868
- zweite Diodesecond diode
- 7070
- zweiter Widerstandsecond resistance
- 7272
- weitere Diodeanother diode
- 7474
- weiterer Widerstandfurther resistance
- 7676
- erste zusätzliche Diodefirst additional diode
- 7878
- zweite zusätzliche Diodesecond additional diode
- 8080
- dritter zusätzlicher Widerstandthird additional resistance
- 8282
- zusätzliche Zener-Diodeadditional Zener diode
- 8484
- VaristorVaristor
- 8686
- weiterer Kondensatoranother capacitor
- 8888
- zweites Widerstandselementsecond resistance element
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Widerstandselemente (62) Zener-Dioden sind.Overvoltage protection (16) according to claim 1,
characterized,
that the resistance elements (62) are Zener diodes.
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen jedem Abgriff (64) und dem zugeordneten Steuereingang (34) eine zweite Diode (68) und/oder ein zweiter Widerstand (70) geschaltet ist.Overvoltage protection (16) according to claim 1 or 2,
characterized,
that a second diode (68) and / or a second resistor (70) is connected between each tap (64) and the associated control input (34).
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen jeden Steuereingang (34) und den zweiten Anschluss (20) jeweils ein weiteres Widerstandselement (36) geschaltet ist.Overvoltage protection (16) according to one of Claims 1 to 3,
characterized,
that a further resistance element (36) is connected between each control input (34) and the second connection (20).
dadurch gekennzeichnet,
dass die weiteren Widerstandselemente (36) Zener-Dioden sind.Overvoltage protection (16) according to claim 4,
characterized,
that the further resistance elements (36) are Zener diodes.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schaltelemente (32) MOSFETs sind.Overvoltage protection (16) according to one of claims 1 to 5,
characterized,
that the switching elements (32) are MOSFETs.
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel zu einem der Schaltelemente (32) ein Varistor (84) geschaltet ist.Overvoltage protection (16) according to one of claims 1 to 6,
characterized,
that a varistor (84) is connected in parallel to one of the switching elements (32).
dadurch gekennzeichnet,
dass der Steuereingang (34) jedes Schaltelements (32) über ein weiteres Schaltelement (42) mit dem zweiten Anschluss (20) elektrisch verbunden ist, das in Abhängigkeit einer über dem jeweils zugeordneten Schaltelement (32) anfallenden elektrischen Spannung betätigt ist.Overvoltage protection (16) according to one of Claims 1 to 7,
characterized,
that the control input (34) of each switching element (32) is electrically connected to the second connection (20) via a further switching element (42), which is actuated as a function of an electrical voltage occurring across the respectively assigned switching element (32).
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- 2020-05-18 DE DE102020206250.1A patent/DE102020206250B3/en active Active
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2021
- 2021-05-17 EP EP21174093.1A patent/EP3913804A1/en active Pending
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